基于现场实测和风洞试验大型冷却塔风振特性和风振系数研究

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1、中图分类号：TU279.7+41论文编号：102870118-S144学科分类号：081402硕士学位论文基于现场实测和风洞试验大型冷却塔风振特性和风振系数研究研究生姓名余玮学科、专业结构工程研究方向结构抗风与抗震指导教师柯世堂副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringResearchonWindVibrationCharacteristicsandW

2、indVibrationCoefficientsofLargeCoolingTowerBasedonFieldMeasurementandWindTunnelTestAThesisinStructuralEngineeringbyWeiYuAdvisedbyProf.ShitangKeSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果

3、。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要现行冷却塔结构阻尼比取值均借鉴荷载规范中钢筋混凝土结构的5%阻尼比取值，冷却塔作为典型的高耸旋转薄壳混凝土结构，考虑到冷却塔结构自身构型和材料属性，从理论上其真实阻尼比应小于规

4、范值。现场实测是研究结构响应和动力特性最直接有效的方式，现有针对冷却塔结构的风致效应实测研究主要集中在表面的风荷载分布特性，随着冷却塔朝着超高大化发展，风效应已成为此类大型冷却塔结构设计的控制因素，而阻尼比作为风振动力分析的重要输入参数，其取值大小将直接影响冷却塔抗风安全性。然而，现阶段国内外均缺乏大型冷却塔的现场实测和阻尼比取值研究，同时缺乏基于现场实测和风洞试验方法的大型冷却塔风振特性和风振系数的对比研究。鉴于此，以国内西北地区某大型冷却塔（塔高180m）为工程背景，开展环境激励下大型冷却塔结构动态加速度响应的现场实测研究，获取塔筒典型部位

5、的加速度响应振动信号。结合ARMA、峰值法和HHT三种模态识别方法拾取冷却塔结构的前10阶自振频率和阻尼比，并将实测值与有限元计算结果进行对比和误差分析，再借鉴振型组合的思路给出测试塔的等效综合阻尼比。然后基于刚体测压风洞试验获取冷却塔表面脉动风压时程作为风荷载输入参数，同时以等效综合阻尼比作为参数进行冷却塔风振响应完全瞬态分析。在此基础上，着重研究了加速度响应的频谱特征、概率统计特性、相关性、相干性、非高斯特性和非平稳特性，归纳总结了有限元计算的冷却塔风致平均、脉动和极值响应三维分布规律，探讨了规范峰值因子和响应峰值因子下不同响应和等效目标的

6、风振系数分布模式和取值建议，最后对比分析了实测与风洞试验结合有限元分析中风振响应和风振系数的差异。研究表明，测试塔实测获取前10阶频率与有限元结果较为接近，阻尼比离散性较大，借鉴振型组合的思路计算得到测试塔等效综合阻尼比为2.13%，小于规范5%。有限元与实测响应功率谱密度函数曲线局部模态处能量峰值对应的频率位置吻合较好；不同测点的实测和有限元加速度响应极值数值最小相差8.4%。以响应均值绝对值的平均值为等效目标下的风振系数与实测平均风振系数最为接近，以响应均值绝对值的最大值为等效目标下的风振系数均大于实测平均风振系数；有限元与实测风振系数最小

7、相差0.036。本文综合应用现场实测、风洞试验与有限元分析等手段详细研究了大型冷却塔结构的风振响应及风振系数特性，研究成果可为大型冷却塔的风荷载取值提供设计参考。关键词：大型冷却塔，现场实测，风洞试验，阻尼比，风振响应，风振系数I基于现场实测和风洞试验大型冷却塔风振特性和风振系数研究II南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTStandard5%dampingratioforhigh-risereinforceconcretestructuresisgenerallyusedforthecurrentdampingratiovalueofc

8、oolingtowers,butconsideringtheuniqueconfigurationandmaterialattributesoflar