格构式圆截面塔架静风三分力系数的研究.doc

格构式圆截面塔架静风三分力系数的研究近年来,格构式塔架结构被广泛地应用于输送电、通讯信息、广播以及电视信号传送等众多领域,但是其高柔、轻质、小阻尼的结构特性决定了风荷载是其设计中的主要控制性荷载。本文以苏通大跨越输电塔作为工程背景,以刚性节段模型的风洞试验为基础,对格构式圆截面塔架在静风荷载下的三分力系数进行了研究,为该类结构在实际工程设计中的应用提供参考。主要内容包括:(1)设计制作了单圆柱和多圆柱模型进行了风洞测力试验,开展了对圆截面构件雷诺数效应和遮挡效应的研究。单圆柱模型,通过增加表面粗糙度的方法,成功模拟了更高雷诺数情况下圆柱的风荷载绕流特性;多圆柱模型,通过变换间距和表面粗糙度的方法,研究了遮挡效应及其对雷诺数效应的影响。综合分析后,本文提出了风洞模型试验的雷诺数效应修正办法。(2)设计制作了四组竖直节段和三组倾斜节段模型,进行了均匀流下的风洞测力试验,通过对比分析,研究了雷诺数、风向角、密实比、倾斜主材与格构式圆截面塔架结构三分力系数的关系。(3)利用数值模拟方法对单根圆截面主材杆件进行了绕流问题的参数化分析,研究了网格划分形式、边界层、三维效应、计算时间步长、湍流模型以及大涡模拟中亚格子模式对计算结果的影响,取得了与其他学者实验结果吻合良好的计算结果。(4)基于单根圆截面杆件的数值模拟方法,本文对四组竖直节段模型进行了大涡模拟,取得了较为理想的模拟结果,阻力系数与风洞试验值的误差控制在15%以内。通过数值模拟计算,得以对塔架节段模型的压力分布、流场结构有了进一步的研究。(5)数值模拟中增加了对ZJD1-1节段模型在5%、10%、15%和20%来流湍流度下的计算工况,发现湍流度的增加使得结构三分力系数的脉动分量随之增加,同时功率谱峰值对应的卓越频率逐渐前移,且湍流度对功率谱高频部分影响显著。