大跨空間結(jié)構(gòu)的風荷載與風響應概率性評價

基于可靠度的抗風設(shè)計是結(jié)構(gòu)風工程理論發(fā)展的重要方向，而概率性評價則是構(gòu)建結(jié)構(gòu)抗風可靠度理論的前提和基礎(chǔ)。由于大跨空間結(jié)構(gòu)的風荷載和風效應的復雜性，目前相關(guān)研究工作尚處于空白狀態(tài)。本項目擬采用理論研究、風洞試驗和原型實測相結(jié)合的方法，對大跨空間結(jié)構(gòu)的極值風荷載和極值風振響應的概率分析方法及概率分布特征進行系統(tǒng)研究，探討各種不確定性因素的生成機理和傳遞機制，建立相應的概率描述模型，提出適用于主體結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)的設(shè)計風荷載概率性評價方法，給出具有確定保證率的設(shè)計風荷載；在此基礎(chǔ)上，對上述研究成果進行集成，構(gòu)建更為完備的大跨空間結(jié)構(gòu)風荷載數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。以上工作為揭示大跨空間結(jié)構(gòu)的風致關(guān)鍵效應機理提供了有效的途徑，為進一步構(gòu)建基于可靠度理論的空間結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計方法奠定了堅實的基礎(chǔ)。

雷暴沖擊風是短時間內(nèi)沖向地面并沿雷暴中心向外圍迅速擴散的高強氣流，其最大風速出現(xiàn)在近地面附近，對輸電線塔具有極強的破壞性。目前針對雷暴沖擊風下輸電塔風荷載和風振性能的研究較少，包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家的荷載規(guī)范基本上仍采用常態(tài)大氣邊界層剖面風荷載作為設(shè)計荷載，并未體現(xiàn)雷暴沖擊風的作用。本項目通過輸電塔氣彈模型風洞試驗，在邊界層風洞中模擬雷暴沖擊風風場，采用新的位移測試技術(shù)對輸電線塔雷暴沖擊風作用下的風振特性進行系統(tǒng)的研究，分析不同類型的輸電塔在沖擊風作用下的風振響應規(guī)律?；谳旊娝鈴椖Ｐ驼w位移響應的測量結(jié)果，進行氣動阻尼參數(shù)和作用于結(jié)構(gòu)上的氣動荷載識別，研究輸電塔結(jié)構(gòu)氣動阻尼隨風速的變化規(guī)律和氣動荷載的分布特征與作用機理，建立輸電塔結(jié)構(gòu)三維靜力等效風荷載的新的試驗分析方法，為輸電塔抗沖擊風設(shè)計提供理論依據(jù)和設(shè)計指導。

雷暴沖擊風的最大風速出現(xiàn)在近地面附近，對輸電線塔具有極強的破壞性。當前針對雷暴沖擊風下輸電塔風荷載和風振性能的研究較少，導致輸電塔的風毀事故時有發(fā)生。包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家的荷載規(guī)范基本上仍采用常態(tài)大氣邊界層剖面風荷載作為設(shè)計荷載，并未體現(xiàn)雷暴沖擊風的作用。本項目采用自主開發(fā)的雷暴沖擊風模擬裝置，在常規(guī)邊界層風洞中實現(xiàn)了雷暴沖擊風的模擬?；谳旊娝鈴椖Ｐ惋L洞試驗，采用非接觸位移測試技術(shù)對輸電線塔在沖擊風場下的風振特性進行了系統(tǒng)研究?？偨Y(jié)了不同類型的輸電塔在不同尺度沖擊風作用下的風振響應規(guī)律，并對比分析了常規(guī)風場和沖擊風場下塔頭、塔高等因素對輸電塔風振響應的影響。基于輸電塔氣彈模型位移響應的測量結(jié)果，研究輸電塔氣動荷載的分布特征，類比于荷載響應相關(guān)法，建立了輸電塔結(jié)構(gòu)三維靜力等效風荷載的新的試驗分析方法。研究結(jié)果表明，沖擊風下的輸電塔風振響應與常規(guī)風場下的響應并未有明顯區(qū)別，均以一階模態(tài)振動為主。不過，由于沖擊風的低湍流度特征導致脈動響應偏小。輸電塔風振響應隨高度和風速的增大而增大，同時隨風向角變化呈現(xiàn)規(guī)律性的特征，最大風振響應基本發(fā)生在15o～30o。風場和塔高相近的條件下，干字型塔樓的平均和脈動響應均高于貓頭型輸電塔。輸電塔的等效靜風荷載成分組成說明，對于鏤空的輸電塔結(jié)構(gòu)，其平均荷載占有絕對優(yōu)勢，背景響應和共振響應占次要地位。 2100433B