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格构塔架的实用高阶广义荷载谱模型与共振分量表达式改进

第42卷 第 2期《土木工程学报》Vol . 42 No . 2

摘要：基于风洞试验得到的格构式塔架的一阶广义荷载谱（fundamental mode generalized force spectrum, FMGFS），采用沿高度不变的风速谱，再选取Shiotami 空间相干函数，由此推导出一种更为简单实用的格构塔架高阶广义荷载谱（higher mode generalized force spectrum, HMGFS） 模型。明确给出不同于以往文献的求解共振分量的计算表达式，该表达式更加合理。以沈阳一输电塔工程为例，验证了本文导出模型的准确性，为进一步推导格构塔架的位移反应的实用计算表达式和建立等效静力风荷载计算公式奠定了基础。
关键词：风洞试验；高阶广义荷载谱；共振分量；输电塔；等效静力风荷载
中图分类号：P315.9 U442    文献标识码：A     文章编号：1000-131X （2009） 02-0053-05

Abstract：A practical higher mode generalized force spectrum （HMGFS） model for lattice towers is proposed by adopting height-independent fluctuating wind spectrum density and selecting Shiotami-Type spatial coherence. The fundamental mode generalized force spectrum （FMGFS） obtained through a wind tunnel test is used. A more
rational expression for the resonant component computed through the generalized force spectrum （GFS） is derived.A transmission tower structure in Shenyang is taken as an example to show the accuracy of the HMGFS model.
Key words：wind tunnel test； higher generalized force spectrum； resonant component； transmission tower；equivalent static wind load

引言
建筑物的风荷载测量常采用多点同步测压（Multi-Point Synchronous Pressure， MPSP） 方法和高频测力天平（High Frequency Force Balance， HFFB）技术。采用多点同步测压方法可以较详细地测量作用于建筑表面的风荷载数据， 而通过高频测力天平技术只可近似得到一阶振型广义力。不同于一般建筑结构， 格构式塔架（例如输电塔） 是一种镂空率较高的结构［1-3］， 较难甚至无法通过同步测压方法对作用在其表面的风荷载进行准确测量。因此， 一般常采用高频测力天平技术测得的数据得到一阶线性广义力和一阶线性广义荷载谱， 进而根据随机振动理论计算出结构一阶振型反应方差。计算格构式塔架结构的高阶振型反应需要高阶广义荷载谱， 而关于格构塔架的高阶广义荷载谱的研究不多见。为此， 邹良浩［4］在同济大学风洞实验室利用高频测力天平对三个不同类型的格构塔架半刚性模型进行了风洞试验， 试验考虑了模型惯性力的影响， 利用最小二乘法首次拟合出了格构式塔架基本振型广义荷载谱， 并进一步对高阶广义荷载谱进行了探讨。但该文献中的高阶广义荷载谱为二重积分的解析模型， 不便直接应用于工程实际。
规范常采用等效静力风荷载（ESWLs） 对结构响应进行计算， 由Davenport ［5］提出的风振响应系数（GRF） 方法得到广泛应用,其中ESWLs 由平均风荷载乘以GRF 得到。文献［6-10］ 对不同工程结构的风振响应的等效计算方法作了相关的研究。文献［11］ 基于Davenport 提出的将顺风响应处理为平均、背景和共振分量的思想， 并根据Chopra［12］提出的振型贡献静力修正方法进行了研究， 而文中给出的求解共振分量的表达式尚值得商榷。本文推导出了格构塔架的一种表达形式简单、便于工程应用的高阶广义荷载谱模型， 给出了理论上更为合理的利用广义荷载谱求解共振分量的计算表达式。通过工程算例， 验证了本文导出模型的准确性，为建立格构塔架的实用ESWLs 计算公式奠定了基础。

结论
本文首先推导出了格构塔架的一种实用高阶广义荷载谱模型， 其优点是表达形式简单， 更便于工程应用； 同时， 提供了可作为参考的求解广义荷载谱的步骤； 其次， 明确给出了理论上更加合理的利用广义荷载谱求解共振分量的表达式， 为更准确地确定峰值因子范围提供了理论根据； 最后， 以沈阳一输电塔为例， 通过数值计算， 验证了本文导出的高阶广义荷载谱模型的准确性， 可为进一步建立格构塔架的反应方差和等效静力风荷载实用简化公式奠定基础。

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