高耸结构风洞试验模型设计研究

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高耸结构是一种特殊的结构形式,具有高度高、重量轻、刚度小、外形细长等特点,广泛应用于电力、通讯、广播电视等领域。高耸结构的外形特征决定了风荷载是其控制荷载,随着需求的提高和技术的进步,高耸结构日益向着更高、更轻、更柔的方向发展,使得风荷载的敏感性进一步增强。 为了研究高耸结构在强风作用下的振动特性,作为风工程的主要研究手段风洞试验而言,其模型设计研究具有重要的意义。本文以杭州湾观光塔和观光平台为工程背景,对模型设计中存在的问题进行了研究。 本文首先进行了测压模型的设计,研究了测压模型尺寸的设计、材料的选取以及测点布置。在测力模型设计中主要考虑了模型材料及天平的选取,模型的节段设计。 由于结构在动载作用下各截面的最大内力和位移都与结构自振频率和振动形式密切相关,因而寻求自振频率和振型是进行各项动力分析的前提和基础。本文在收集有关动力学资料的基础上,以观光塔为背景,通过使用有限元分析软件ANSYS建立了空间有限元模型,对观光塔的自振频率进行了计算和分析。并分析了不同参数取值对自振特性结果的影响,主要考虑了桩土作用的影响,土对桩的不同作用方向的情况;不考虑土对桩作用时的情况;以及考虑含有TMD时的情况。 为保证试验结果真实可靠,严格按照相似理论的要求设计了全塔气弹模型,并对设计模型分别进行了有限元计算和试验现场检测,结果表明,模型完全满足要求。 最后对杭州湾观光塔和观光平台的模型设计内容进行了总结,提出了此类建筑在风洞试验的模型设计中应注意的问题,为工程实际提供了参考。
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