椭圆形高耸结构风荷载及风致响应研究

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1、学校代号10532学号S12011091分类号TU973密级公开硕士学位论文椭圆形高耸结构风荷载及风致响应研究学位申请人姓名李慧真培养单位土木工程学院导师姓名及职称李秋胜教授学科专业土木工程研究方向结构风工程论文提交日期2015年6月2日学校代号：10532学号：S12011091密级：公开湖南大学硕士学位论文椭圆形高耸结构风荷载及风致响应研究学位申请人姓名：李慧真导师姓名及职称：李秋胜教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2015年6月2日论文答辩日期：2015年6月5日答辩委员会主席：李正农教授Windloadsandwind-inducedeffectsof

2、oval-shapedhigh-risestructurebyLIHuizhenB.E.(AnhuiUniversityofTechnology)2012AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofMasterofEngineeringinCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorLIQiushengMay,2015湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下

3、独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中＾＾明碗方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。■：作者签名；李円期妊＾月／ｉ曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保。留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权湖南大学可？将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索。，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学

4、位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。２、不保密材。＂＂（请在＾＞上相应方框内打Ｖ）李＇当ｉ＝作者签名：日期么養年月日／／—导师签名：杉日期：如／兴＾月／曰ｊ椭圆形高耸结构风荷载及风致响应研究摘要航空塔、电视塔等高耸结构构造型细长、柔度大，对随机的风荷载作用较为敏感，因此容易引起结构的疲劳和破坏，而椭圆形高耸结构以其特殊的流线型截面形式受到了人们的关注。本文首先通过对武汉天河国际机场一椭圆形航空塔的风压和风荷载特性分析，得到了一些有用的结论。为了获得更多普遍性的结论，又设计了6种不同高宽比和厚宽比的标准椭圆形高耸结构刚性模型，根据刚性模型同

5、步测压风洞实验方法得到的实验数据，讨论了标准椭圆形高耸结构的风压分布、风压谱及相干性以及各层的三分力系数、风荷载功率谱等。研究的具体内容如下：结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果，对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究。讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律；基于测点层的风荷载合力时程，采用快速傅里叶变换的方法，得到了椭圆形高耸结构在90°风向角（最大迎风面）下的三维层风荷载功率谱，并采用经验公式对其进行拟合，拟合效果较好；采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载，并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法计算结果对

6、比，发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好。对6种不同高宽比和厚宽比的椭圆形高耸结构模型进行了刚性模型同步测压风洞试验，选取了模型3（H/BD7.5，DB/0.75）的风洞试验结果，研究了风向角、测点位置及测点高度对模型表面的风压系数、风压系数功率谱及相干性的影响，得到了模型在长轴迎风时的漩涡脱落频率，并定义了模型在长轴迎风时的迎风面、过渡区和背风面的分界点。利用经验公式拟合了典型测点的相干函数，计算结果表明椭圆形高耸结构在过渡区水平相干性最大，在曲率较大处竖向相干性最大，但水平和竖向相干性都比矩形结构低。探讨了风场类别、厚宽比和高宽比对椭圆形高耸结构层三分力系数和三维风荷载功

7、率谱的影响。采用不同的荷载谱数学模型对三维风荷载功率谱进行拟合，并以湍流度和厚宽比为基本变量，对荷载谱数学模型中的参数进行二次拟合，建立了椭圆形高耸结构无量纲层三维风荷载功率谱关于湍流度和厚宽比的闭合公式，经验证拟合效果较好。并根据这些公式计算出了武汉航空塔各楼层的顺风向位移响应均方根。为了进一步了解椭圆形高耸结构顺风向和横风向风荷载与扭转向风荷载的关系，给出了模型3在不同厚宽比下的顺-扭和横-扭相干函数曲线。结果表明椭圆形高耸结构横-扭相干性一般大于顺-