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绪论1

0.1 桅杆结构的特点及应用1

0.2 桅杆结构的非线性静力、动力特性1

0.3 桅杆结构的阻尼因素4

0.4 桅杆结构破坏分析5

第一章 桅杆结构的选型与构造7

1.1 桅杆结构设计原则7

1.2 桅杆结构的选型7

1.2.1 纤绳布置7

1.2.2 杆身选型10

1.3 桅杆结构的构造12

1.3.1 杆身连接构造12

1.3.2 纤绳与杆身节点连接构造14

1.3.3 杆身腹杆连接构造14

1.3.4 桅杆底座构造15

1.4 桅杆结构的基础16

1.4.1 基础材料与埋深16

1.4.2 基础选型与构造17

1.4.3 中央基础计算20

1.4.4 桩基础设计24

1.4.5 地锚基础设计31

1.5 桅杆结构工程实例38

1.5.1 美国电视桅杆38

1.5.2 英国电视桅杆40

1.5.3 德国通讯桅杆41

1.5.4 波兰无线电桅杆41

1.5.5 北京环境气象监测桅杆43

1.5.6 广州输电塔44

1.5.7 阿根廷旅游桅杆44

1.5.8 西班牙巴塞罗那电视桅杆45

第二章 计算荷载和作用力47

2.1 荷载分类47

2.2 风荷载47

2.2.1 风的形成47

2.2.2 风的基本特性48

2.2.3 空气动力学与风荷载57

2.2.4 风荷载的模拟64

2.2.5 风振系数的计算70

2.2.6 拟静力风荷载计算75

2.2.7 横风向共振等效静力风荷载计算78

2.2.8 最不利风荷载分布79

2.3 裹冰荷载80

2.3.1 裹冰荷载分布80

2.3.2 裹冰荷载计算80

2.3.3 裹冰风振特性82

2.4 地震作用83

2.4.1 地震波与地震反应特点83

2.4.2 地震分布、震级及烈度85

2.4.3 地震反应分析87

第三章 桅杆结构静力分析93

3.1 概述93

3.2 纤绳计算94

3.2.1 纤绳计算原理94

3.2.2 纤绳方程式98

3.2.3 纤绳工作研究104

3.3 杆身计算111

3.3.1 弹性支座连续梁法111

3.3.2 杆身等效梁单元法119

3.3.3 杆单元矩阵位移法137

3.4 桅杆结构参数分析143

3.4.1 纤绳初应力对桅杆结构受力性能的影响143

3.4.2 纤绳布置对桅杆整体稳定的影响148

3.5 桅杆结构静力计算实例151

3.5.1 弹性支座连续梁法计算桅杆151

3.5.2 杆身等效梁单元法计算桅杆160

第四章 桅杆结构动力特性166

4.1 概述166

4.2 桅杆动力计算模型167

4.3 纤绳自振特性168

4.3.1 纤绳模型168

4.3.2 纤绳自由振动170

4.3.3 纤绳刚度计算176

4.3.4 桅杆体系空间动力刚度179

4.3.5 考虑阻尼影响的纤绳动力特性180

4.3.6 设置辅助纤绳后纤绳的动力特性183

4.4 杆身自振特性186

4.4.1 杆身力学模型186

4.4.2 迭代法求解杆身的自由振动187

4.4.3 杆身自由振动简化计算187

4.4.4 传递法计算杆身的自振特性188

4.5 桅杆自振实测方法190

4.5.1 桅杆实测自振法190

4.5.2 桅杆实测共振法192

4.5.3 桅杆实测脉动法195

4.6 桅杆自振特性计算实例198

4.6.1 格构式桅杆自振特性计算——算例一198

4.6.2 格构式桅杆自振特性计算——算例二200

4.6.3 单筒式桅杆自振特性计算——算例三204

4.6.4 桅杆结构地震作用下自振特性计算207

4.6.5 卸载后桅杆自由振动的计算研究207

第五章 桅杆结构风效应与地震反应211

5.1 概述211

5.2 桅杆顺风向振动响应212

5.2.1 桅杆顺风向振动分析212

5.2.2 桅杆顺风向振动响应线性化分析——频域法213

5.2.3 桅杆顺风向振动响应非线性分析——时域法216

5.2.4 桅杆随机风振离散分析法219

5.2.5 桅杆顺风向振动计算实例225

5.3 桅杆横风向振动响应240

5.3.1 桅杆横风向振动分析240

5.3.2 桅杆横风向随机振动响应241

5.3.3 桅杆横风向涡激振动响应241

5.4 桅杆驰振响应243

5.4.1 驰振的机理244

5.4.2 纤绳裹冰驰振下桅杆结构动力计算245

5.4.3 纤绳裹冰驰振算例247

5.5 借助等效阻尼的简化风振计算249

5.5.1 等效阻尼概念249

5.5.2 参数选择250

5.5.3 计算步骤251

5.5.4 应用实例261

5.6 桅杆地震反应269

5.6.1 桅杆地震反应计算模型269

5.6.2 地震作用下桅杆反应计算273

5.6.3 脆杆地震反应计算实例275

第六章 桅杆结构非线性振动中的参数振动和混沌现象279

6.1 概述279

6.1.1 非线性振动基本原理279

6.1.2 非线性振动现象及机理281

6.2 参数振动283

6.2.1 桅杆的参数振动现象283

6.2.2 纤绳参数振动方程283

6.2.3 纤绳参数振动的动不稳定区286

6.2.4 参数分析288

6.3 跳跃现象291

6.4 混沌动力特性293

6.4.1 混沌现象分析293

6.4.2 桅杆在不对称荷载作用下混沌动力计算294

6.4.3 桅杆在对称荷载作用下混沌现象的研究298

第七章 桅杆结构振动控制302

7.1 概述302

7.1.1 桅杆结构振动控制原理302

7.1.2 桅杆结构振动控制方法304

7.2 桅杆结构非线性振动控制理论305

7.3 纤绳振动控制308

7.3.1 纤绳参数选择308

7.3.2 纤绳悬挂减振器310

7.3.3 辅助纤绳控制311

7.3.4 纤绳接地阻尼器313

7.4 杆身振动控制317

7.4.1 杆身构造措施317

7.4.2 杆身阻尼器减振形式322

7.4.3 TMD 对结构风振响应的控制325

7.4.4 TSD 对结构风振响应的控制330

7.4.5 TMD 参数研究333

7.4.6 横风涡激振动控制参数研究336

7.4.7 振动控制在桅杆实际应用中存在的问题339

7.5 地震反应控制343

7.6 桅杆结构 TMD 振动控制计算实例345

7.6.1 桅杆实例345

7.6.2 桅杆自振特性346

7.6.3 TMD 参数347

7.6.4 控制效果348

第八章 桅杆结构疲劳分析349

8.1 概述349

8.1.1 桅杆结构疲劳现象349

8.1.2 桅杆疲劳分析350

8.2 桅杆结构疲劳计算方法351

8.2.1 桅杆疲劳破坏区及其应力幅351

8.2.2 疲劳强度计算354

8.3 桅杆结构疲劳寿命计算356

8.3.1 规范法计算桅杆疲劳寿命356

8.3.2 随机疲劳理论计算桅杆疲劳寿命359

8.4 桅杆结构抗疲劳措施360

8.4.1 提高桅杆构件的疲劳性能360

8.4.2 风振疲劳控制设计361

8.5 桅杆结构疲劳计算实例362

第九章 桅杆结构整体稳定366

9.1 概述366

9.1.1 桅杆结构稳定计算原理366

9.1.2 桅杆结构静力稳定计算方法367

9.2 临界力法计算桅杆静力整体稳定367

9.2.1 精确法计算桅杆静力整体稳定367

9.2.2 铰链法计算桅杆静力整体稳定370

9.2.3 平均参数法计算桅杆静力整体稳定373

9.2.4 初参数法计算桅杆静力整体稳定374

9.3 极限位移法计算桅杆静力整体稳定384

9.4 全过程位移跟踪法计算桅杆静力整体稳定384

9.4.1 桅杆结构的非线性静力平衡方程384

9.4.2 增量修正弧长法进行位移全过程跟踪386

9.5 桅杆静力稳定计算实例388

9.5.1 初参数法计算桅杆静力整体稳定388

9.5.2 极限位移法计算桅杆静力整体稳定390

9.5.3 桅杆静力整体稳定两种计算方法的比较391

9.5.4 全过程位移跟踪法计算桅杆静力整体稳定392

9.6 桅杆结构动力稳定性分析392

9.7 桅杆结构动力稳定计算实例397

第十章 桅杆结构试验测试及分析399

10.1 概述399

10.2 风洞试验桅杆模型设计400

10.2.1 相似原则400

10.2.2 模型设计401

10.3 紊流场的模拟403

10.3.1 紊流场测试仪器403

10.3.2 模拟装置的调试403

10.3.3 模拟装置布置及调试结果403

10.4 桅杆结构自振特性测试及分析406

10.4.1 模型1测试及计算结果406

10.4.2 模型2、3测试及计算结果408

10.5 紊流场下桅杆模型动力响应410

10.5.1 模型1测试结果及分析410

10.5.2 模型2在0°风向下测试结果及分析416

10.5.3 模型2在0°、30°风向下的混沌现象417

10.6 桅杆结构风振响应实测420

附录一 桅杆破坏实例425

附录二 纤绳的规格、连接和零件428

附录三 桅杆支座和纤绳绝缘子437

附录四 分布风段法及阵风系数法研究440

附录五 蒲福风力等级表445

附录六 福基达龙卷风等级表446

附录七 全国基本风压标准值(kN/m2)447

附录八 全国城市地震烈度区划表451

附录九 中国地震烈度表(1980)452

附录十 各种荷载分布的系数计算454

附录十一 三角系数 a、b、c 表455

附录十二 桅杆结构风洞试验测试457

参考文献459