论文部分内容阅读
在我国东南沿海地区,台风频繁,且通常伴随着强降雨过程。然而,对雨荷载的形成机理一直没有很清晰的认识。近年来,输电塔线体系在大风暴雨气候下的倒塌事件频发,这些倒塌事故的原因往往都归结于强风的作用,忽略了降雨的影响。因此,非常有必要开展雨荷载方面的研究,并解释其形成机理。本文采用理论分析与试验研究相结合的方法,对输电塔线体系的风雨荷载进行了系统性的研究,并对塔线体系的动力响应及抗倒塌能力进行了数值模拟。主要研究内容及结论如下:(1)通过理论分析推导了单个雨滴碰撞力的表达式,并利用自制的传感器对雨滴碰撞力进行了实测研究,同时对雨滴碰撞过程中的形态变化进行了详细的阐述。试验结果表明,传感器表面的干湿程度对测量结果影响非常大,尤其当传感器表面湿润、附有一层水膜时,甚至改变了雨滴碰撞力的作用机理。(2)采用数值方法模拟了风驱雨的运动轨迹,并对大气边界层风场中雨滴水平速度大于对应风速的现象进行了解释,同时根据数值模拟结果给出了风雨速度比的拟合公式;推导了均匀流下的指定捕获比公式,并将此公式拓展到了指数风剖面中。(3)基于单个雨滴碰撞力试验及动量守恒定理,提出了雨荷载计算模型,并将其应用于某输电塔结构的风雨振反应分析中,同时通过风洞试验对模拟结果进行了验证,此外还研究了不同雨滴谱的影响,并对塔身雨荷载的作用机理进行了阐述。模拟及试验结果均表明,雨荷载对输电塔动力反应影响显著,需要引起足够重视。(4)提出了利用等效基本风速计算风雨荷载的简化方法,采用等效基本风速的概念来进行易损性分析避免了基本风速和降雨强度组合问题;此外还提出了计算临界倒塌曲线的方法以便评估任意风雨荷载组合作用下结构的倒塌状态,临界倒塌曲线给出了一种对比不同风雨组合工况并判断结构倒塌状态的非常简便的方法。(5)依据圆柱绕流理论,初步揭示了导线雨荷载作用机理,据此提出了导线风雨荷载计算方法,并利用风洞试验确定了计算模型中的关键参数,继而模拟了输电塔线体系在风雨荷载作用下的动力响应及倒塌行为。对于输电塔线体系来说,雨荷载对其动力反应有很大贡献,在实际工程中不可忽略;降雨对其抗倒塌能力也有很大影响,若忽略雨荷载,则会高估结构承载力,同时降雨对输电塔倒塌模式及失效路径均没有影响。