第7期 陈阳等：在役风电塔结构的最不利风一震组合作用响应分析 .945… 在风震组合作用下，风电塔结构的地震动最不 向输入，即地震波输入方向与风作用方向一致.此 利输入方向为：一是地震动沿90°方向输入，即地震 方向输入的地震动增大了塔简的弯曲变形，尤其是 波输入方向与风作用方向相垂直.此方向输入地震 顶部位移值，这使由弯曲变形程度来判断结构稳定 动会使塔筒开口处顶部位置产生最大应力应变，可 性的构筑物的安全性更难控制，需通过塔筒结构整 通过开口处四周加固来改善.二是地震动沿0°方 体增加刚度来该改善 表1塔筒在风荷载和不同角度地震波作用下各物理量的最大值及相应发生位置 Table 1 Maximum values and corresponding occurrence positions of physical variables of the tower under the combined action of wind and earthquake load with different earthquake input directions 输入角度/（°）加速度/(ms-2)位移/m应力/MPa 应力最大值发生位置 应变/10-4 应变最大值发生位置 仅受风荷载作用 0 0.2574 75.5 塔筒中段，靠近上法兰 4.26 塔筒下段，开洞底部右下 0 14.23 1.0070 279.0 塔筒中段，靠近上法兰 14.00 塔筒下段，开洞底部右下 90 11.77 0.5422 324.0 塔筒下段，开洞顶部 23.50 塔筒下段，开洞处顶部 30 10.21 0.4344 263.0 塔筒下段，开洞顶部 19.37 塔筒下段，开洞顶部 60 11.47 0.7138 163.0 塔筒下段，开洞顶部 11.70 塔筒下段，开洞顶部 -30 10.15 0.4414 175.0 塔筒下段，开洞顶部偏右 14.39 塔筒下段，开祠处顶部偏左 -60 11.33 0.6988 168.0 塔筒下段，开洞顶部 12.08 塔筒下段，开洞顶部 对于地震动沿0°方向输入，风电塔结构反应 为X向输入地震波和风荷载时塔筒顶点在X、Y 如图9所示.图9(a)为X向输入地震波和风荷载 和Z三个方向的位移时程曲线.从图中可以看出 时塔筒顶点在X、Y和Z三个方向的加速度时程 风荷载给予结构一个初始位移，使得结构的静态位 曲线.从图中可以看出顶点加速度反应是沿坐标原 置不在坐标原点，所以结构的位移时程曲线是基于 点进行往复振动，因风荷载给予结构的是静荷载作 位移等于0.2574m上下变化.同理，结构的应力 用，结构初始加速度为0ms-2,因此加速度时程曲 时程曲线和应变时程曲线的平衡位置同样不在坐标 线总是基于加速度等于0ms-2上下变化.图9(b) 原点. 15 X向加速度 1.2 1.0 X向位移 10 Y向加速度 Z向加速度 0.8 Y向位移 0.6 ☑向位移 0.4 0.2 -5 -0.2 -10 -0.4 -0.6 .5 51015202530354045 -0.8 51015202530354045 计算时间/s 计算时间/s (a) (b) 图9X向输入地震波和风荷载时顶点三向加速度时程曲线()和位移时程曲线(b) Fig.9 Time-history curves of acceleration (a)and displacement (b)at different time when inputting seismic waves and wind load in X direction 对于地震动沿90°方向输入，风电塔结构反应 增高，结构对地震动的放大情况不同，如图11(a)所 如图10所示.图10(a)为X向输入地震波和风荷载 示在Y向输入地震波和X向输入风荷载时塔筒不 时塔筒顶点在X、Y和Z三个方向的加速度时程曲 同位置的加速度最大值.图10(b)为X向输入地震 线.因为风电塔结构在振动前受风荷载作用，所以 波和风荷载时塔筒顶点在X、Y和Z三个方向的 随着Y向地震波的作用，塔简顶点X向的振动由 位移时程曲线.由于风荷载作用，在X向存在初始 初始最大值减小至零，Y向振动开始逐渐明显.塔 位移，使得结构的X向静态位置不在原点处，所以 筒的其他位置表现的特点与顶点一致：但随着高度 结构的位移时程曲线是基于位移等于0.2574m上第 7 期 陈 阳等：在役风电塔结构的最不利风--震组合作用响应分析 945 ·· 在风震组合作用下，风电塔结构的地震动最不 利输入方向为：一是地震动沿 90◦ 方向输入，即地震 波输入方向与风作用方向相垂直. 此方向输入地震 动会使塔筒开口处顶部位置产生最大应力应变，可 通过开口处四周加固来改善. 二是地震动沿 0 ◦ 方 向输入，即地震波输入方向与风作用方向一致. 此 方向输入的地震动增大了塔筒的弯曲变形，尤其是 顶部位移值，这使由弯曲变形程度来判断结构稳定 性的构筑物的安全性更难控制，需通过塔筒结构整 体增加刚度来该改善. 表 1 塔筒在风荷载和不同角度地震波作用下各物理量的最大值及相应发生位置 Table 1 Maximum values and corresponding occurrence positions of physical variables of the tower under the combined action of wind and earthquake load with different earthquake input directions 输入角度/(◦) 加速度/(m·s−2 ) 位移/m 应力/MPa 应力最大值发生位置 应变/10−4 应变最大值发生位置 仅受风荷载作用 0 0.2574 75.5 塔筒中段，靠近上法兰 4.26 塔筒下段，开洞底部右下 0 14.23 1.0070 279.0 塔筒中段，靠近上法兰 14.00 塔筒下段，开洞底部右下 90 11.77 0.5422 324.0 塔筒下段，开洞顶部 23.50 塔筒下段，开洞处顶部 30 10.21 0.4344 263.0 塔筒下段，开洞顶部 19.37 塔筒下段，开洞顶部 60 11.47 0.7138 163.0 塔筒下段，开洞顶部 11.70 塔筒下段，开洞顶部 −30 10.15 0.4414 175.0 塔筒下段，开洞顶部偏右 14.39 塔筒下段，开洞处顶部偏左 −60 11.33 0.6988 168.0 塔筒下段，开洞顶部 12.08 塔筒下段，开洞顶部 对于地震动沿 0 ◦ 方向输入，风电塔结构反应 如图 9 所示. 图 9(a) 为 X 向输入地震波和风荷载 时塔筒顶点在 X、Y 和 Z 三个方向的加速度时程 曲线. 从图中可以看出顶点加速度反应是沿坐标原 点进行往复振动，因风荷载给予结构的是静荷载作 用，结构初始加速度为 0 m·s −2，因此加速度时程曲 线总是基于加速度等于 0 m·s −2 上下变化. 图 9(b) 为 X 向输入地震波和风荷载时塔筒顶点在 X、Y 和 Z 三个方向的位移时程曲线. 从图中可以看出 风荷载给予结构一个初始位移，使得结构的静态位 置不在坐标原点，所以结构的位移时程曲线是基于 位移等于 0.2574 m 上下变化. 同理，结构的应力 时程曲线和应变时程曲线的平衡位置同样不在坐标 原点. 图 9 X 向输入地震波和风荷载时顶点三向加速度时程曲线 (a) 和位移时程曲线 (b) Fig.9 Time-history curves of acceleration (a) and displacement (b) at different time when inputting seismic waves and wind load in X direction 对于地震动沿 90◦ 方向输入，风电塔结构反应 如图 10 所示. 图 10(a) 为 X 向输入地震波和风荷载 时塔筒顶点在 X、Y 和 Z 三个方向的加速度时程曲 线. 因为风电塔结构在振动前受风荷载作用，所以 随着 Y 向地震波的作用，塔筒顶点 X 向的振动由 初始最大值减小至零，Y 向振动开始逐渐明显. 塔 筒的其他位置表现的特点与顶点一致；但随着高度 增高，结构对地震动的放大情况不同，如图 11(a) 所 示在 Y 向输入地震波和 X 向输入风荷载时塔筒不 同位置的加速度最大值. 图 10(b) 为 X 向输入地震 波和风荷载时塔筒顶点在 X、Y 和 Z 三个方向的 位移时程曲线. 由于风荷载作用，在 X 向存在初始 位移，使得结构的 X 向静态位置不在原点处，所以 结构的位移时程曲线是基于位移等于 0.2574 m 上