1.1目的及意义

进入20世纪之后，随着广播、通讯和电视的发展，高耸结构的应用也越来越广泛，最初架设天线的塔是最简单的木桅杆，后来逐渐被强度更高，材质更轻，耐久性更好的钢桅杆取代。从20世纪30年代起，无线电台的大规模建设促使高耸结构制造向工业化方向转变。一些发达国家对高耸结构的设计、制造使用和安装进行了许多实验和研究为高耸结构的进一步发展奠定了理论和技术基础。

高耸结构柔性较大，结构频率较低，横向振动非常明显。高耸结构由于其特有的高度和功能，往往会成为当地的标志性建筑物。所以这类建筑物的建造必须综合考虑安全性、经济性及艺术性，工程设计难度相应也要较普通建筑物大得多。而难点则主要集中体现在结构抵抗水平荷载的作用上。而对于高耸结构来讲，水平荷载成为结构承受的主要荷载作用，并且随着建筑物高度的增加，结构的变形增加最快，内力次之，因此高耸结构设计的难点问题是使结构能够有效的抵抗水平荷载作用。经研究表明，高耸结构所承受的水平荷载主要是风荷载和地震作用，二者都具有强烈的动力特性和随机性。相比于地震作用的影响，结构的风效应更为显著。研究表明：风荷载是引起结构侧向位移和振动的主要因素，甚至起决定作用。作用在结构物上的风荷载主要包括顺风向的稳定风和脉动风以及横风向的尾流涡旋干扰。稳定风在速度和方向上基本不随时间变化，相当于静力作用；脉动风的运动具有不规则性，其强度按随机规律变化，其性质相当于动力作用，对结构会产生风振影响。

而且高耸塔架结构长期暴露于野外，在强风作用下容易引发损伤累积甚至倒塌。近年来，我国常有沿海地区多发输电杆塔在强风作用下的破坏倒塌的报道。这些事故中输电线路已有多处铁塔基础发生沉降倾斜或杆件开裂破坏等。输电杆塔是一种典型的生命线基础设施，其损伤破坏不仅严重地影响人们的生产建设，而且还会导致其它的次生灾害。因此研究钢结构输电杆塔的动力性能具有重要的科学价值和社会经济价值，这也正是当前工程界和学术界的热点研究问题。但目前高耸塔架结构的分析计算采用精确有限元方法进行，过程复杂，运算量大，普通设计人员难以掌握和操作，有必要建立适合结构设计计算分析的高耸塔架结构二维动力分析模型。因此，本研究结合南部沿海地区某大型钢结构输电杆塔的工程实际，以国家自然科学基金项目为依托，开展高耸塔架结构等效动力分析模型的研究。

1.2 国内外的研究现状分析

在上世纪年代年代初,国外主要的研究都围绕在风的气动力模型、激励特性和结构物的风致振动特点上。通过这些研究人们对于结构的风致效应己达成了一定的共识,年代以后随着风洞试验技术在实际工程中的大量应用,风洞试验日益成为了结构设计的一个重要工具。作为工程师而言,除了要了解结构物的受风振动的特性,更需要得到与结构设计有关的响应参数和风荷载,并能够采用简单而实用的方法进行结构设计,这样一来风工程的研究越来越多的与工程应用结合起来。随着结构的发展,横风向响应和扭转方向的响应及其等效风荷载逐渐受到风工程界的重视,对于部分超高层建筑来说,这两个方向的响应己经超过了顺风向响应,因此,结构的三维等效风荷载成为人们研究的重点。早在世纪年代就提出了求解结构上的顺风向响应及确定等效风荷载的方法—阵风荷载因子法。法的基本思路是应用准定常假定和随机振动理论来求解结构位移响应的均值和方差,根据限值穿越理论引入峰值系数后得到峰值位移,然后除以平均位移,就是阵风荷载因子或阵风响应因子,该阵风荷载因子乘以平均风荷载即可得到等效静风荷载。这种方法为大多数西方国家风荷载规范所采用。到上世纪年代,人们已普遍认识到在结构计算中仅考虑顺风向风荷载是不够的。硕和首先提出了求解结构三维风振响应的理论闭合公式,然后通过引入等效风谱技术,提出了三维阵风荷载因子法。这样就将原来仅计算顺风向荷载的仆法拓展为一法。和认为传统的阵风荷载因子仅是一阶位移响应对应的因子简称,不能反映其他响应对应的等效风荷载。与风致响应类似的静力等效风荷载也可以分为平均、背景和共振分量。他们进一步提出了基底弯矩阵风荷载因子法,主要思路是按照传统的法计算背景风荷载。用类似于地震工程中分配基底剪力的方法将共振基底弯矩按振型分配到各层上得到共振风荷载。该方法计算简单,并已写入新的美国风荷载规范。从背景等效风荷载的计算来看,法成为确定背景风荷载的主流方法。该方法最初起源于等对低矮工业建筑的风荷载及响应研究中,其基本原理是将任意一点的风荷载与所求响应的相关性系数作为风荷载的加权系数,从而得到准静态等效风荷载的最不利分布。

近几年来,我国的研究人员紧跟国际上结构抗风研究的潮流,也提出了许多等效风荷载的研究方法。叶丰对顺风向静力等效风荷载作了进一步研究〕,根据背景响应的准静态特性,用背景响应与平均响应的比值再乘以平均风荷载得到背景等效风荷载,即为法对于共振等效风荷载则采用惯性力原则予以计算两者按组合即可得到脉动等效风荷载。李会知、郑冰等提出了基于试验的等效静态风荷载的确定方法,,该方法实际上仍属于在假定基阶振型线性的前提下,由基底弯矩谱直接得到模态广义力谱。进而用频域法来求解风振响应。背景风荷载未考虑响应类型而直接采用频域法得到,共振风荷载表示为惯性力。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容：