避雷钢管塔结构风振特性与控制研究

论文摘要

风致振动是一个影响高耸结构正常使用和结构安全的重要问题,虽然在风振作用下的振幅比一般地震荷载作用振幅小,但相比于地震荷载其作用频率却要高很多。虽然风振无法避免,但可以控制在容许范围之内。本文以某电信楼景观式避雷针的风振问题为工程背景,采用动力测试与有限元分析相结合的研究方法,对结构动力特性进行了详细的分析,并提出了相应的减振加固控制方案。在运用有限元分析方法对各方案进行加固效果分析后,确定最终减振加固方案。最后结合本工程实例,提出处理高耸单钢管避雷针风振问题的一般步骤。本文所作的具体研究工作为以下几个方面：(1)对结构及周围环境进行现场动力测试,采用环境随机激振法测试出某避雷针钢管塔固有频率。通过信号频域分析找出测点各方向的振动位移幅值,结合规范规定初步判定该结构在风振作用下,振动位移过大是否满足规范要求。(2)建立有限元模型,对该避雷针钢管塔结构进行模态分析,分析结构的频率、振型等动力特性,验证有限元分析与实测结果吻合较好,可将有限元方法应用到下一步的分析研究中。(3)分析风的动力特性,模拟该景观式避雷针钢管塔的脉动风荷载。将模拟风荷载施加于所建有限元模型中得出该避雷针钢管塔各节点的位移,结合实测各点位移分析误差。(4)初步提出几种减振方案,建立减振后结构有限元模型,对各减振模型进行减振加固效果的有限元分析。在考虑结构减振加固效果、减振加固成本以及减振加固周期等综合因素后,提出最优加固方案。结合减振前后的分析结果,给出减振后的效果评估。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及现状
• 1.2 避雷针钢管塔的概念
• 1.2.1 避雷针钢管塔的特点
• 1.2.2 避雷针钢管塔所受的荷载及作用力
• 1.2.3 避雷针钢管塔的设计要求
• 1.3 本文的课题来源及主要研究工作
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 2 现场测试及有限元分析比对
• 2.1 现场动力特性测试及分析
• 2.1.1 振动测试方法的选择
• 2.1.2 振动分析处理方法
• 2.1.3 测试现场的工程概况
• 2.1.4 测试仪器与方法
• 2.1.5 现场测试结果分析
• 2.2 动力特性模态分析
• 2.2.1 模态分析
• 2.2.2 有限元模型的建立
• 2.2.3 结构自振频率分析
• 2.2.4 结构振型分析
• 2.2.5 与现场测试对比分析风振情况
• 2.3 本章小结
• 3 风荷载对避雷针作用及脉动风时域分析
• 3.1 风荷载的作用
• 3.1.1 自然风特性
• 3.1.2 风振对高耸结构的作用
• 3.2 顺向风荷载特性
• 3.2.1 平均风荷载
• 3.2.2 脉动风荷载
• 3.3 横向风荷载特性
• 3.3.1 雷诺数计算
• 3.3.2 尾流涡激干扰
• 3.4 风振响应
• 3.4.1 脉动风荷载及其功率谱密度函数矩阵
• 3.4.2 脉动风荷载模拟方法
• 3.4.3 避雷针脉动风荷载模拟
• 3.5 风振时程分析
• 3.5.1 时程分析理论
• 3.5.2 结构瞬态动力分析
• 3.6 本章小结
• 4 减振加固方案分析及加固后动力特性分析
• 4.1 高耸结构风振动控制措施
• 4.2 避雷针减振方案及分析
• 4.2.1 避雷针底部刚度加固
• 4.2.2 避雷针侧向加固减振
• 4.2.3 避雷针TMD控制减振
• 4.3 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢