THEORETICAL AND EXPERIMENTAL RESEARCH ON DYNAMIC BEHAVIOR OF GUYED MASTS UNDER WIND LOAD

A frequency-domain algorithm is presented for the dynamic analysis of guyed masts. By introducing a four-degrees-of-freedom model of a suspended cable, guyed masts are simpli?ed as an equivalent cable-beam model. Then, based on the discrete random vibration theory, recurrence formulas for the statistical moments of the wind-induced behavior of guyed masts are developed with the wind load treated as ?ltered white noise excitation. The dynamic analysis of a two-level guyed mast has been illustrated. Finally, results from a wind-tunnel experiment of guyed mast are used to testify the theory developed in this paper.

桅杆结构有限元模型修正与参数敏感性研究

基于台风“圆规”激励下的实测加速度响应识别了深圳356 m高气象梯度观测塔的模态参数,结合带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对气象塔有限元模型进行修正。结果表明:气象塔模态非常密集,且纤绳模态的参与程度较为显著。气象塔X向和Y向的基频分别为0.614 Hz和0.603 Hz,其前3阶弯曲模态阻尼比在1%~2%之间。塔身密度、纤绳弹模对塔身模态频率和振型有显著影响,高层纤绳的线质量和塔身弹模对其也有一定影响,但纤绳张力的影响较低。气象塔有限元模型修正后的风致响应高于修正前,并更接近实测结果,验证了修正模型的准确性。

铝合金材料在通信塔中的应用研究

目前,通信塔多用钢材,其在大气环境下容易发生锈蚀,尤其是在沿海地区和部分工业腐蚀环境下,问题尤为突出。铝合金具有质轻、耐腐蚀的优点,文章从理论分析和工程应用两个方面研究了铝合金材料在通信塔中的应用,结果表明,在通信塔中应用铝合金材料满足结构安全使用要求,具有良好的工程实践意义。

桅杆结构风振响应及控制研究综述

介绍了桅杆结构风振响应计算的几种常用方法 ,对各种方法的原理进行了较深入的阐述 ,通过比较说明了各种方法的优缺点 ;桅杆风振控制目前一般采用 TMD控制装置 ,但是其控制效果还难以定论 ,有待于进一步研究。

特高压单柱拉线塔受力特性及拉线初始预应力对其影响的研究

特高压拉线塔具有良好的应用前景,拉线的初始预应力对拉线塔受力至关重要。建立了特高压直流输电线路工程中的单柱拉线塔非线性有限元模型,分析拉线的受力特点,提出了影响拉线塔力学特性的拉线临界预应力的概念,研究分析了拉线初始预应力对单柱拉线塔受力特性的影响规律。结果表明:在大风荷载状态下,当拉线初始预应力小于拉线临界预应力时,随初始预应力的增大,拉线塔节点位移减小,拉线工作应力、杆件轴力、主柱支座反力基本不变;当拉线初始预应力大于拉线临界预应力时,随初始预应力的增大,拉线塔节点位移基本不变,而拉线工作应力、杆件轴力、主柱支座反力等均线性增大;大风荷载状态拉线临界预应力约为仅迎风侧拉线受拉时工作应力的一半,拉线的初始预应力应在比临界预应力小的范围内选择。

特高压单柱拉线塔塔线体系风振响应时程分析

结构轻便、高柔度的特高压拉线塔能否满足抗风设计,是输电工程技术人员关心的热点问题。建立了特高压单柱拉线塔塔线体系的非线性有限元模型,采用线性滤波法模拟塔线体系的风荷载时程,通过Newmark法对拉线塔塔线体系的风振响应进行时程分析。分析结果表明:在90o大风工况下,主柱顺风向绕底端的刚体转动是引起主柱节点顺风向位移的主要因素;拉线塔产生了顺风向的刚体摆振和弯曲振动,并且产生了绕主柱轴线的扭转共振;由于拉线塔的扭振,挂线点以上的主柱发生了扭转变形,其斜材的轴力值较大;风振响应的顺风向节点位移、主材轴力最大值、斜材轴力最大值,均大于静态等效风荷载作用下的相应值。

桅杆结构动力特性及风振响应实测

对一座 4 8m高三方五层纤绳的三角形断面格构式桅杆进行了动力实测 ,用加速度传感器分别测得在初位移激励和脉动风荷载下的结构响应 ,同时用风速仪记录了实测时的风速 .根据实测结果分析了该桅杆结构的动力特性和风振响应的特征 .结果表明弯扭振动为桅杆的主要振动 ;桅杆 1阶振型阻尼比约为 0 .0 31,高阶振型的阻尼比为 0 .0 15左右 .桅杆的自振频谱密集 ,结构风振响应具有明显的宽带特性 ,带宽参数为 0 .75～ 0 .89.由于桅杆的非线性特征 ,结构杆身在风荷载作用下的加速度响应为非Gauss过程 ,峰态系数都大于 3.0 .根据实测结果 。

桅杆结构随机风振疲劳研究

桅杆结构随机风振疲劳是宽带随机疲劳过程。本文基于结构宽带随机疲劳理论 ,给出桅杆结构随机风振疲劳分析方法。结合桅杆模型风洞试验结果 ,得出桅杆结构宽带随机疲劳分析的谱宽参数ε和修正系数λ。最后 ,通过一个工程算例 ,进一步给出用等效应力法、等效窄带法及雨流法计算桅杆结构风振疲劳分析过程 。

考虑非高斯和宽带修正的桅杆风振疲劳分析

基于结构随机疲劳理论 ,给出了桅杆结构随机风振疲劳的分析方法 .在分析过程中考虑了桅杆结构在风荷载作用下响应的非高斯性以及宽带的影响 .得到了由非高斯性对桅杆疲劳引起的修正系数λ1和宽带因素引起的修正系数λ2 .最后 ,结合一个工程实例 ,给出了桅杆结构疲劳寿命计算的详细过程 .结果表明 ,与其他频域内的计算方法相比 ,该理论计算结构累积疲劳损伤的结果更加精确 .

考虑纤绳振动桅杆结构的随机风振分析

在4振型自由度索单元的基础上，推导出在强迫振动下纤绳动张力实用计算公式和振动桅杆的扩阶计算方程。推导过程中，考虑了纤绳在空间的耦合振动以及纤绳和杆身的相互作用。通过空间风荷载的模拟，给出计算实例。计算结果表明。

三边形桅杆杆身风荷载特性风洞试验研究

应用高频测力天平技术,分别对有附属结构和无附属结构的三边形桅杆杆身进行了均匀流和两种紊流下的风洞试验,得到了桅杆的平均风力系数、均方根力系数和顺风向、横风向及扭转向风荷载谱.分析了雷诺数、紊流度、风向角、附属结构等对风荷载系数的影响,对比了试验体型系数和不同国家规范关于桅杆及其附属结构体型系数的规定.谱分析结果表明,顺风向风荷载谱和脉动风速谱的基本特征相同,横风向、扭转向风荷载谱主要由低频部分的紊流激励谱和高频部分的旋涡脱落激励谱组成,无附属结构模型旋涡脱落谱有一个峰,峰值折减频率在1.8左右,带附属结构模型在90°风向角下出现两个明显的旋涡脱落谱峰,峰值折减频率分别在0.9和2.2左右,探讨了格构式塔架旋涡脱落谱的特性以及附属结构对其的影响机理.

基于WVD交叉项统计特征的桅杆结构损伤识别

提出了利用Wigner-Ville分布交叉项统计量相对变化量识别桅杆结构损伤的方法,以涪陵导航桅杆为对象进行了数值分析和试验研究。数值分析表明,利用测点损伤识别指标WCS的相对变化量,除对不同位置、不同程度的杆身局部损伤比较敏感外,对不同类型的局部损伤也能给予准确的识别。通过适当提高纤绳的初应力,可以提高损伤识别的精确度和指标对损伤的敏感程度。损伤识别试验实现了模拟损伤程度的定量,试验数据分析表明,指标WCS能有效地识别出桅杆结构不同程度的局部损伤,损伤识别所揭示的规律与数值分析的规律一致。

基于振动响应时频分析的桅杆损伤识别方法

桅杆的模态参数和刚度对纤绳平衡张力、激励和环境条件比较敏感,导致目前比较有效的结构损伤识别方法和指标难以直接应用。为此,探索了基于测点振动响应时频分析而不依赖模态信息的桅杆结构损伤识别方法,提出利用结构测点振动响应的Wigner-Ville分布交叉项统计量WCS(WVD Cross-term Statistic),通过比较损伤前后统计量的相对变化量来进行损伤识别。算例分析结果表明,利用测点振动响应的损伤识别指标WCS相对变化量,除能识别杆身单个不同程度的损伤位置以及多个损伤外,还能分辩出纤绳的损伤特征。通过增大激励的幅值和增加测点的数量,可以提高识别的精度和指标的灵敏度;基于测点位移响应与基于测点加速度响应的损伤识别指标相比,具有更好的损伤识别效果。

桅杆结构风振系数研究

基于随机风振理论,推导了桅杆结构杆身和纤绳风振系数计算公式;结合高耸结构设计规范的修订,分析了原规范杆身风振系数计算公式存在的问题;基于新荷载规范的改动,给出了杆身风振系数计算方法,更新了纤绳风振系数计算参数表格;通过算例分析发现,杆身振型可按无风状态计算且计算杆身风振系数时可只考虑前四阶振型的贡献;时程分析结果表明,杆身各段取四点计算风振系数的方法精度较好,计算简便;由于新荷载规范提高了脉动风荷载的峰值因子和湍流度,纤绳风振系数增大约20%。

桅杆结构中纤绳的参数振动

以桅杆结构中的纤绳为研究对象 ,建立了在一端运动下纤绳的非线性振动理论模型 ,并用数值方法分析了其参数振动特性 .研究表明 ,纤绳倾角、预拉应力。

基于可靠性理论的桅杆焊缝风振疲劳分析

根据某一地区风荷载的分布规律 ,得到不同方向不同风速的累积时间 ,模拟风压脉动时程曲线 ;建立桅杆结构的空间有限元模型 ,计算结构在风荷载作用下的响应 ;得到不同方向不同风速作用下纤绳节点板焊缝的应力循环次数和应力幅 ;根据Miner线性累积损伤准则 ,得到总应力循环次数和等效应力 ;以节点焊缝的极限疲劳循环次数作为随机变量 ,基于可靠性理论 ,计算得到不同服役期节点焊缝的疲劳可靠性 .

桅杆的非线性随机研究

通过引入微小白噪声摄动 ,将桅杆的非线性动力方程转变成 Ito随机微分方程的形式 ,采用路径积分推导出该噪声模型响应概率密度函数的形式解 ,根据该函数的分布特征和平均 Poincaré图研究桅杆响应特性受激励参数的影响和混沌现象。算例分析表明 :桅杆响应特性依赖于激励的频率及其强度 ,而与激励方向基本无关 ;共振频率附近激励强度的增长将导致桅杆出现混沌运动 ,结构在水平面内各方向上产生大幅振荡 ,这是造成结构疲劳损伤累积的重要起因。

MR阻尼器对桅杆结构风振响应的模糊控制

采用双输入单输出的模糊控制策略,研究了MR(Magnetorheology)阻尼器对桅杆结构风振响应的模糊控制问题,并进行了模拟仿真分析.结果表明,模糊控制是一种有效的控制策略,其控制效果优于基于位移的半主动控制.

考虑焊接残余应力的桅杆结构拉耳节点风致疲劳裂纹萌生寿命评定

提出对评定桅杆结构拉耳节点焊缝处的裂纹萌生累积疲劳损伤程度的方法。在建立桅杆结构拉耳节点风致应力场的多尺度分析方法的基础上,考虑拉耳节点的焊接残余应力,用基于临界面法的应变疲劳分析方法进行在焊接残余应力和纤绳外荷载双重作用下的累积疲劳损伤量的计算,然后依据Mason-coffin公式及Miner疲劳累积损伤准则估算桅杆结构纤绳连接拉耳各不同风向不同平均风速作用下的多轴疲劳累积损伤,由总损伤计算出裂纹萌生寿命。

桅杆结构静力分析简化计算方法

通过整体分析，推导出空间单索在任意荷载作用下的静力计算公式和空间索单元的非线性刚度方程．在此基础上，给出桅杆结构静力分析简化计算的非线性方程式．