微波塔水平抗震性能分析
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摘要
对于高耸钢结构，多年来人们一致认为风荷载对结构的设计起着控制作用，而着重研究其抗风性能，较少考虑结构的地震作用。对工程中常用的微波塔的抗震性能，近年来仅对其中的屋面塔进行过少量的研究，本文对微波塔水平抗震性能及几种主要因素的影响进行了分析研究。
本文共计六章。第一章对国内外在高耸结构的抗震这一领域所做的研究工作进行了综合的评述；第二章系统地介绍了高耸结构的动力分析方法以及本文的模型；第三章分析了微波塔在水平地震荷载作用下的动力响应的基本特征，分析了平台、地基刚度、避雷针等对微波塔水平抗震性能的影响，结果表明地基刚度对微波塔的动力响应影响很小，平台和避雷针对微波塔的抗震有一定程度的影响。第四章分析了平台的质量变化、高度变化和避雷针的质量变化、刚度变化对微波塔抗震性能的影响，结果表明微波塔的内力和位移随平台质量和高度的增加先增加，后减小，随避雷针刚度和质量的增加而不断减小。第五章依次分析了斜杆与主杆截面积比、下部杆件与上部杆件截面积比、结构的高宽比这几个参数变化对微波塔在水平地震作用下的内力、应力和位移的影响规律和影响范围，结果表明这些参数对微波塔的地震响应影响很大，而且影响规律比较明确和一致：斜杆截面积越大，主杆应力越大，斜杆应力越小，位移越大；下部杆件增大，使杆件截面突变处产生很大的应力；结构高宽比越大，杆件应力越小，位移越大。第六章根据前面各章的分析和结果，推导和回归了微波塔在水平地震作用下的应力和位移响应的经验公式，该公式计算简便，避免了计算地震作用的通常做法，可用于手算，对于设计工作有一定的实际意义。结论部分对全文进行了总结，并提出了一些建议。
To the high-rise steel structure, it is consistently thought that the structure's design is controlled by the wind load, so the wind-resistance characters are detailedly researched and the structure's earthquake load is neglected. To the communication tower in common use in engineering, only the housetop tower's horizontal vibration-resistance characters is studied in few literatures. The communication towers' horizontal vibration-resistance characters and some main influence factors are studied in this thesis.
There are 6 chapters in this thesis. Chapter 1 is a review of the research works of high-rise structures. In chapter 2, the methods to analyses the high-rise structure and the model in this thesis are formulated. In chapter 3, the communication tower's basic characters under horizontal earthquake effect is analyzed, and the flat form, the groundsill, the lighting rod's effect is considered. The result shows us that the groundsill's stiffens has little infection, but the flat form and the lighting rod have more infection. In chapter 4,
the influence by the changing of the plat form's mass, height and the lighting rod's mass, stiffness is considered. The result shows us that the structure' s internal force and displacement increases, then descends when the fiat form's mass or height is added, and are added all along with the lighting rod's stiffness and mass's enhance. In chapter 5, the infections by the changing of the ratios of titled pole section vs. the vertical pole section, of the pole section lower part vs. upside, of structure's height vs. width are analyzed one by one. The result shows us that the first ration's incensement brings that the vertical poles' stress becomes greater and the titled poles' stress becomes less and the displacement becomes greater; the first ration's incensement brings the larger stress in section break; the last ration's decline brings the less stress and greater displacement. In chapter 6, the experience formulas about stress and displacement are inferred. These formulas are very simple, and can be used in hand. In these formulas, the process to calculate the load of earthquake as common is not needed. In last part of this thesis, the conclusions of the whole researcher works are reached and some suggestion is put forward.
本文共计六章。第一章对国内外在高耸结构的抗震这一领域所做的研究工作进行了综合的评述；第二章系统地介绍了高耸结构的动力分析方法以及本文的模型；第三章分析了微波塔在水平地震荷载作用下的动力响应的基本特征，分析了平台、地基刚度、避雷针等对微波塔水平抗震性能的影响，结果表明地基刚度对微波塔的动力响应影响很小，平台和避雷针对微波塔的抗震有一定程度的影响。第四章分析了平台的质量变化、高度变化和避雷针的质量变化、刚度变化对微波塔抗震性能的影响，结果表明微波塔的内力和位移随平台质量和高度的增加先增加，后减小，随避雷针刚度和质量的增加而不断减小。第五章依次分析了斜杆与主杆截面积比、下部杆件与上部杆件截面积比、结构的高宽比这几个参数变化对微波塔在水平地震作用下的内力、应力和位移的影响规律和影响范围，结果表明这些参数对微波塔的地震响应影响很大，而且影响规律比较明确和一致：斜杆截面积越大，主杆应力越大，斜杆应力越小，位移越大；下部杆件增大，使杆件截面突变处产生很大的应力；结构高宽比越大，杆件应力越小，位移越大。第六章根据前面各章的分析和结果，推导和回归了微波塔在水平地震作用下的应力和位移响应的经验公式，该公式计算简便，避免了计算地震作用的通常做法，可用于手算，对于设计工作有一定的实际意义。结论部分对全文进行了总结，并提出了一些建议。
To the high-rise steel structure, it is consistently thought that the structure's design is controlled by the wind load, so the wind-resistance characters are detailedly researched and the structure's earthquake load is neglected. To the communication tower in common use in engineering, only the housetop tower's horizontal vibration-resistance characters is studied in few literatures. The communication towers' horizontal vibration-resistance characters and some main influence factors are studied in this thesis.
There are 6 chapters in this thesis. Chapter 1 is a review of the research works of high-rise structures. In chapter 2, the methods to analyses the high-rise structure and the model in this thesis are formulated. In chapter 3, the communication tower's basic characters under horizontal earthquake effect is analyzed, and the flat form, the groundsill, the lighting rod's effect is considered. The result shows us that the groundsill's stiffens has little infection, but the flat form and the lighting rod have more infection. In chapter 4,
the influence by the changing of the plat form's mass, height and the lighting rod's mass, stiffness is considered. The result shows us that the structure' s internal force and displacement increases, then descends when the fiat form's mass or height is added, and are added all along with the lighting rod's stiffness and mass's enhance. In chapter 5, the infections by the changing of the ratios of titled pole section vs. the vertical pole section, of the pole section lower part vs. upside, of structure's height vs. width are analyzed one by one. The result shows us that the first ration's incensement brings that the vertical poles' stress becomes greater and the titled poles' stress becomes less and the displacement becomes greater; the first ration's incensement brings the larger stress in section break; the last ration's decline brings the less stress and greater displacement. In chapter 6, the experience formulas about stress and displacement are inferred. These formulas are very simple, and can be used in hand. In these formulas, the process to calculate the load of earthquake as common is not needed. In last part of this thesis, the conclusions of the whole researcher works are reached and some suggestion is put forward.
引文
[1] 王肇民．高耸结构设计手册．北京：中国建筑工业出版社，1995
[2] 李宏男．建筑抗震设计原理．北京：中国建筑工业出版社，1996
[3] 胡聿贤．地震工程学．北京：中国建筑工业出版社，1988
[4] 王光远．建筑结构的振动．北京：科学出版法，1978
[5] 郭继武．建筑抗震设计．北京：高等教育出版社，1990
[6] 罔本舜三(日)著，孙伟东译．抗震工程学．北京：中国建筑工业出版社，1988
[7] Takuji kobori. Preliminary Report of the January 17,1995 Great Hanshin Earthquake, kajima Corporation, Kobori Research Complex Inc. 1995. 3
[8] S.S.Tezcan and Ipek. A reconnaissance report: 1995, Dinar, Turkey, earthquake. Engineering structures, 1996, 18 (12) : 906～917
[9] L.H.Yan, T.P.Leury, D.B.Li and K.Z.Xue. Use of ambient response measurment to determine dynamic characteristics of slender structures. Engineering structures, 1997, 19 (2) : 145～150
[10] 国家标准．高耸结构设计规范(GBJ135—90)．北京：中国建筑工业出版社，1990
[11] 国家标准．建筑抗震设计规范(GB 50011—2001)．北京：中国建筑工业出版社，2002
[12] 国家标准．建筑结构荷载规范(GB 50009—2001)．北京：中国建筑工业出版社，2002
[13] 国家标准．钢结构设计规范(GBJ17—88)．北京：中国建筑工业出版社，2002
[14] ECCS,European Recommendations for Steel Construction,1978.
[15] Ballio,G.,Mazzolani,F.M.,The Theory and Design of Steel structures,Chapman and Hall,1983
[16] U.Witeek and R.Meiswinkad. Non—linear behaviour of RC cooling towers and its effects on the structural design. Engineering structures, 1998, 20 (10) : 890～899
[17] 金昌宁．框架支承塔动力特性分析．特种结构，1989，9(3)：4～8
[18] 张晋勋，沈聚敏．带斜撑电视塔结构模型地震模拟振动台试验研究．特
种结构，1994(3)：24～29
[19] 那向谦．中央电视塔结构抗震性能的试验研究．土木工程学报，1992(8)：1～5
[20] 马人乐，何敏娟，姚伟铭．钢结构电视塔塔楼在竖向地震作用下的分析．特种结构，1998(2)：42～46
[21] 马人乐，何敏娟．关于《高耸结构设计规范》中荷载部分的制定．特种结构，2000(3)：30～34
[22] 马人乐，邱鹏，何敏娟．南海明珠电视塔菲对称地震动力反应分析．特种结构，1996(3)：23～28
[23] 马人乐，何敏娟．钢塔塔楼结构设计研究．特种结构，2000，20(2)：25～29
[24] 李宏男．王苏岩，周健．在水平与摇摆地震联合作用下高层与高耸结构随机反应分析．土木工程学报，1991，19(2)：44～49
[25] 欧阳可庆．用矩阵位移法计算高耸塔架和桅杆．建筑结构学报．1994，20(6)：11～15
[26] 董宝，沈祖炎．钢塔结构在地震作用下的损伤累计分析．特种结构，1996，17(3)：30～35
[27] 塔架研究小组．四边形钢塔结构动力反应研究．特种结构，1995，12(3)：20～25
[28] 刘开国．高耸钢结构的简化计算．土木工程学报，1994，11(12)：19～23
[29] 邓洪洲，刘昊，刘学利，王肇民．钢塔的动力特性及其风振响应．建筑结构，2000，19(9)：21～25
[30] 王肇民等．钢结构设计原理．上海：同济大学出版社，1989
[31] Peil U．王肇民．塔桅结构．上海：同济大学出版社，1989
[32] 张洵安，姜节胜，阎云聚．高耸电视塔在三维非平稳地震荷载作用下内力演变谱密度特性研究．建筑结构，2000，19(4)：44～49
[33] 薛发．屋顶铁塔设计的几个问题．特种结构，1994，11(3)：37～40
[34] 梁兴文．带屋面突出物的高层建筑物水平地震力的实用算法．建筑结构，1997，15(7)：31～35
[35] 何益斌．屋顶设铁塔后原有结构抗震性能分析．建筑结构，1999，17(3)：49～53
[36] 何益斌．高层框架结构加设铁塔后抗震性能分析．特种结构，1999，16(1)：44～48
[37] Chaojin xu and C.C.Spyrakos.Seismic analysis of towers in including foundation uplift. Engineering structures, 1996, 18 (4) : 271～279
[38] 张俊旺．自立塔架横隔的作用与设置分析．特种结构，2000，20(3)：42～47
[39] J.D.Holmes. Along— wind response of lattice towers—2 aerodynamic damping and deflections. Engineering structures, 1996, 18 (7) : 483～489
[40] 广播电视部标准．钢塔桅设计规程(GBJ1—84)．北京：广播电视出版社，1986
[41] Preece,ER.,Structural Steel in the 80's-Materials,Fastening and Testing,The Steel Committee of California,1981
[42] 罗邦富等．钢结构设计手册(第二版)．北京：中国建筑工业出版社，1989
[43] U.Eckstein and F.J.Nunier. Specific design and construction details of the Boxberg cooling towers. Engineering structures, 1998, 20 (10) : 862～868
[44] 李树逊，王肇民．桅杆结构在模拟荷载下的非线性动力分析．建筑结构，1999，19(9)：44～49
[45] 胡松，王肇民．洛阳电视塔的结构抗震分析．建筑结构，2000，19(1)：57～60
[46] 陈丁，陈禹．火炬塔架有限元动力分析与研究．土木工程学报，1992(2)：17～20
[47] 王肇民，邹祖军，张湛．嘉定电视塔结构振动控制试验研究．特种结构，1994．11(3)：33～38
[48] Chang—son Ryu and Chung—Bang Yun. Nonstationary response analysis of offshore guyed tower subjected to earthquake loading. Engineering structures, 1997, 19 (1) : 63～71
[49] 陈志鹏，王宗纲，庄小严．天津电视塔动力特性与施工概况．特种结构，1996，15(4)：45～49
[50] 王肇民．我国钢结构电视塔设计与施工概况．特种结构，1996，15(3)：4～8
[51] 王汉东，王墨耕．钢管混凝土电视塔构件的设计与计算．特种结构，1996，15(3)：42～46
[52] 马性，陈亦，刘学利．振动控制下钢塔结构的极限状态分析．特种结构，1998，17(1)：41～45
[53] M.J.Glancille and K.C.S. Wind—including deflections of free—standing lattice towers. Engineering structures, 1997, 19 (1) : 79～92
[54] 蒋天寿，古天纯．对《高耸结构设计规范》基本规定的修订建议．特种结构，2000，20(3)：5～9
[55] 张相庭．21世纪的规范和高耸结构设计规范中荷载部分的制定．特种结构：2000，20(3)10～15
[56] J.D.Holmes. Along— wind response of lattice towers—3 aerodynamic damping and deflections. Engineering structures, 1996, 18 (7) : 489～494
[57] 姚楚雄．建设中的石家庄广播电视塔．特种结构，2000，20(3)：30～33
[58] 陈向东，李永梅，张述良．地震作用下桩土对塔式结构反应的影响．特种结构，1996，15(3)：12～16
[59] 张鸿儒，阎贵平．水塔及其地基的地震响应峰值．特种结构，1996，15(3)：17～20
[60] A.Ghoboyah,T.S.Aziz and M.EI—ATTAR. Response of transmissin to lines to multiple support excitation. Engineering structures, 1996, 18 (12) : 936～947
[61] 刘大晖．高耸结构设计若干问题的研究与讨论．特种结构，1998，18(3)：19～23
[62] Bungale S.Taranath. Structural Analysis and Design of Tall Building. McGraw— Hill Book Company,1998
[63] 乐俊旺．德阳电视塔设计．特种结构，1996，15(3)：14～17
[64] Specifications for the Design. Fabrication and Erection of Steel Structural for building, Society of Steel Construction of Japan, Architectural Institute of Japan, 1986
[65] Menon and P.Srinivasa rao. Estimation of along—wind moment in RC chimneys. Engineering structures, 1997, 19 (1) : 63～71
[66] Specifications for the Design, Fabrication and Erection of Steel Structural for building, AISC, 1978
[2] 李宏男．建筑抗震设计原理．北京：中国建筑工业出版社，1996
[3] 胡聿贤．地震工程学．北京：中国建筑工业出版社，1988
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[34] 梁兴文．带屋面突出物的高层建筑物水平地震力的实用算法．建筑结构，1997，15(7)：31～35
[35] 何益斌．屋顶设铁塔后原有结构抗震性能分析．建筑结构，1999，17(3)：49～53
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