（同濟大學土木工程防災國家，） 引冷卻塔屬薄壁、風敏感性較強的水工建筑結構[1]。1965111850年一遇風速。先后有學者對其毀壞進行研究分析，認為群塔干擾效（195顧志福等5]通過串聯雙塔和菱形布置四塔的風洞試驗分析塔筒表面靜壓和脈動風壓隨著來1998年Neann[6分析了單9年Orando[70148[95[10，研究方法也不斷演進，由剛體模型測力、測壓過渡到氣彈模型測振風洞試驗[113[416?；痦椖浚簢易匀豢茖W基金項目 )及新世紀優秀人才支持計劃聯合資KaimalKaimal譜Kaimal譜Simiu譜 1E- 1E-

a)順風向風速功率譜密 b)橫風向風速功率譜密3試驗風場風譜特Fig.3Windspectrumcharacteristicsofwind冷卻塔外形特征尺寸如圖4(a)所示，塔筒底部最大厚度1.8m，喉部厚0.295m，頂部厚4.8%，低于5%的限值壓模型(圖4(b))外表面沿塔高布置12層測應圖中Sec1~Sec123616×36=576300Hz60s，滿足10min平均時距的要求。8m/s12mm0.1mm的紙條，順子午向通長等間距布置36條。R=41Z=185R=39Z=15730Zs=27

測壓斷面沿塔筒高測壓斷面沿塔筒高度12

測壓測壓紙O4

Sec13Sec9斷面測壓管和紙帶布置示 外壁測點斷面內壁測點斷a)實際塔型尺度及示意 b)模型測點布Fig.4Geometricdimensionandlayoutofpressuretapsonthecoolingtower

a)平均風壓系數試驗 b)脈動風壓系數試驗Fig.5ReynoldsnumbersimulationinWindtunnel22.5°角為增量從0°~360°依次加載，塔筒編號、風向角定義和群塔布置形式如圖6所示。15D15D1 D115D15D1 D15D15D15D0Da)矩形布 b)菱形布 c)風向角定Fig.6Eight-towersarrangementsandwinddirectiona)單塔測壓模 b)矩形布 c)菱形布Fig.7Thecoolingtowermodelandeight-towersarrangementsinthewind2.2為了比較群塔干擾效應帶來的荷載層面和結構響應層面放大，定義了四種群塔干擾指Ts_crm力FTsmermax和塔筒最大合位移Dmax照（）定義，其中荷載面整合力系數通過風洞試驗風數據按照以下（）計算，響應層面系數將風洞試獲取塔筒三維平均壓力結果施在有限元模IF

CCAcos( np

Asin( p C2C CD ；CLC2C A 式中，Aii測點壓力覆蓋塔筒單元面積，θii測點壓力方向與風軸方向夾角，n為塔筒表面測壓點總數，AT為結構向風軸方向投影面積；Ig為定義的各項干擾準則群塔指標，Is為對應干擾準則的單塔指標。干擾效應分析受擾塔的不同層面的群塔干擾系數隨著來流風向角的變化出現較大的波動性和數值差異性，但對于最不利荷載工況的推薦具有一致性，展艷艷9]關于并行雙列六塔的研究也有此結論。塔筒喉部環向拉力波動百大，表明冷卻塔干擾效應導致荷載分布模式的不對稱和局部放大效應很敏感，可以判斷隨著塔筒高度的增加環向剛度會進一步弱化，干擾的不利最不利荷載工況響應層面的群塔干擾系數大于荷載層面的群塔干擾系數，如矩形T1202.5Dax為1.30FTs_erx為1.23F為1.10[25通過三塔試驗分析也來流角度下超過《火力發電廠水工設計規范》在L/dm=1.85時建議的取值1.24，其中塔筒整體最大合力系數CF出現在菱形T4的0°風向角，取值為1.29；塔筒喉部環向最大拉力FT,s_cir,max出現在矩T2202.5°風向角1.43；塔筒子午向最FT,s_mer,max出現在矩形T1在202.5°風向角，取值為1.23；塔筒最大位移D,max出現在矩形T1在202.5°風向角，取值為1.30，塔群之間的干擾效應帶來的荷載放大效應顯著，（T4[26和張軍鋒[25分別對雙塔、三塔組合干擾效應有分類，八塔復雜的干擾環境使得其干擾效應的規律性沒有雙塔和三塔組合明顯，以受擾塔為中心，當來流與受擾塔和施擾塔塔心的連線夾角θ為67.5~180°塔對受擾塔尾流“阻塞”1.0θ從67.5向2.5當θ在0在0.5在特殊來流角度塔筒喉部環向單元全部受壓，可以將這種復雜的干擾效應隨來流角度和塔位的變化分為效應、綜合弱作用和尾流強干擾圖0）。群塔干擾系數隨來流角度變化形態總結為以下三類，用以定性判斷群塔布置環境干擾效變趨：形置側T2尾強應“”替現群干擾“”（T1（T1和T（T2和T3“”和“效應”出現在固定的角度，呈雙紐扣形。兩種布置形式內側塔均比外側塔更加不利。IIIII；無明顯分離點時，從負壓極值點到背風點為區域II-III（圖11）。ZI迎風點和極小值點壓力增幅很小，最大值為1.08，最小值1.58，與單塔接近；效應使區域ZI壓力系數明顯降低，其中矩形T1和T2在180°和270°來流作用時，ZII和ZIIIZII-IIIT1和T2荷載分布（圖12），脫體點后移，由3.1分析得最不利荷載工況矩形布置群塔干擾系數12可得尾流區荷載分布模式有較大差異，可見這種不規則的非對稱分ZI尾流周期性脫落的影響，實際冷卻塔為高雷諾數，其尾流處于強湍流狀態，試驗采用改變表面粗糙度的方式尾流是否接近真實狀態需要進一步研究，試驗脈動風壓最大值達到04ZI流與受擾塔相交程度不同干擾效應有較大差異，菱形布置前排塔尾流相對發展穩定成型，TT2和T3（圖112cho表示）。

FT,s FT,s 蔓蔓

FT,s FT,s 葉形葉形

a)矩形1號 b)矩形2號FT,s FT,s FT,s FT,s 蔓雙雙

c)菱形1號 d)菱形2號

FT,s FT,s

FT,s FT,s 葉形葉形

e)菱形3號 f)菱形4號Fig.9TherelationshipbetweenIFsoftowersandwind不利有利區不利有利區擾塔有利區施擾區域區域區域區域Z區域蔽作 蔽作

Fig.11Theflowpatternsdivisionalongthecircumferentialdirection a)單塔擾流 b)效應 圖12干擾效應繞流示意圖Fig.12Theflowdiagramoftheinterference 峰 --平均風壓

-

0306090120150180210240塔筒環向角度圖平均風壓分

0306090120150180210240270300330塔筒環向角度Fig.13Meanwindpressure Fig.14Fluctuatingwindpressure氣動力分布模群塔干擾效應對環向不同區間影響程度有較大差異，規范采用對平均風壓八項式乘以統一的群塔干擾系數和風振系數的方式來考慮群塔干擾效應有明顯的不足。對荷載分布歸一化，按照最小二乘法擬合，提出平均風壓分布模型，并對脈動風壓分布分析，推薦出幾風壓cp可以表示為八個特征值點（迎風點（θmax,Cpmax）、極小值點（θmin,Cpmin）、分離點（θs,Cps）和尾流駐點（θw,Cpw）fcpf(max,Cpmax,min,Cpmin,s,Cps,w,Cpw 按照勢流理論單圓柱繞流風壓分布為(4)，按照(5)(6)歸一化可推出(10)，其中參數b=2。Yeung[18]認為不同雷諾數下單圓柱試驗結果在區域I和區域II按照(7)(8)歸一化后都能夠較好吻合(10)，其中參數b=2，可以認為這幾個特征值點有關聯。所以，對試驗所有來流角度風壓不同區間分別采用(7)(8)(9)歸一化，并按照(10)采用最小二乘法擬合，區域ZI和區域ZII2，區域ZII-III114c1-4sin2 c*cpcp *-(min p p 區域 c*cpcp *-(min p p 區域 *cpcp *-(min cc ( p *cpcp *-(min cc ( p bcpsin(2

試驗工試驗工

a)區域 b)區域 c)區域ZII- )cos2(0.5()/ )),0< p p p (c )sin2(0.5( )/( cnormp p p cps,s (c )sin(0.5()/( p p 1群塔干擾特征值點取值范Tab.1Thevaluerangeofgroup-towerinterferencecharacteristic特征值 （,c （,c （,c （,c

cpmax

：60cpmin：-0.7~-

：100cps:-0.3~-

cpw：-0.2~-，S32及hen[2通過六塔的研究薦了多荷載模式，按照（11）都能得到很好的擬合（圖16）。由31節分析推薦了一種規則和一種非規則不利荷載分布模式與規范和en異較大，羅比錫單圓柱繞流荷載模式無明顯分離點與實際荷載分布模式差異較大，八塔較hen則的荷載模式，其不利效應明顯，對于雙塔、三塔、四塔和六塔以及八塔復雜的布置形式ps值。冷卻塔主要由環基、支柱和塔筒組成，從hen感性不同，環基對于非對稱荷載更加敏感，支柱受最不利對稱荷載控制，塔筒對于最不利對稱和非對稱荷載都比較敏感，根據群塔組合復雜程度以及結構設計需要對于不同部位采 擬合擬合平均平均風壓系----

90120150180210240270300330圖16風壓擬合和對Fig.16Windloadpatternsfittingand式在下表2給出：函迎風湍流脫背風曲函迎風湍流脫背風曲尾流渦激 120° 最大簡算平均

k7k17給出，hao成各國脈動風壓結果有差異的原因之一，通過對比分析，發現群塔干擾受擾塔受施擾塔尾 306090120150180210240270300330圖17風壓擬合和對Fig.17Windloadpatternsfittingand結蓋所有群塔組合形式，根據冷卻塔結構對于不同荷載模式的敏感性采取不同特征值用于設武際可.大型冷卻塔結構分析的回顧與展望[J].力學與實踐1996,18(6):1-WuJike.Retrospectandprospectofstructural ysisoflargecoolingtowers[J].MechanicsinArmittJ.WindLoadingonCoolingTowers[J].JournaloftheStructuralDivision,ASCE,1980,106(3):623-641.PopeRA.StructuraldeficienciesofnaturaldraughtcoolingtowersatUKpowerstations.Part1:failuresatFerrybridgeandFiddlersFerry[J].Structures&Buildings,1994,104(1):1-10.NiemannHJ,KopperHD.Influenceofadjacentbuildingsonwindeffectsoncoolingtowers[J].EngineeringStructures,1998,20(10):874-880.SunTianfeng,GuZhifu.Interferencebetweenwindloadingongroupofstructures[J].JournalofWindEngineering&IndustrialAerodynamics,1995,s54–55(2):213-225.NiemannHJ,KopperHD.Influenceofadjacentbuildingsonwindeffectsoncoolingtowers[J].EngineeringStructures,1998,20(10):874-880.OrlandoM.Wind-inducedinterferenceeffectsontwoadjacentcoolingtowers[J].EngineeringStructures,2001,23(8):979-992.ZhaoLin,ChenXu,KeShitang,GeYaojun.Aerodynamicandaero-elasticperformancesofsuper-largecoolingtowers[J].WindandStructures,2014,19(4):443-465.展艷艷,趙林,梁譽文,等.大型冷卻塔群塔組合(六塔雙列)風致干擾準則綜合評價[J].工程力學,2017,34(11):66-76.ZhanYanyan,ZhaoLin,LiangYuwen,etal.Comprehensiveassessmentofwind-inducedinterferencecriteriaaboutlargecoolingtowerswithtypicalsix-towersdouble-columnsarrangements,EngineeringMechanics,2017,34(11):66-76.KhanduriAC,StathopoulosT,BedardC.Wind-inducedinterferenceeffectsonbuildings-areviewofthestate-of-the-art[J].EngineeringStructures,1998,20(7):617-630.CaoShuyang,WangJin,CaoJinxin,ZhaoLin,ChenXu.Experimentalstudyofwindpressuresactingonacoolingtowerexposedtostationarytornado-likevortices[J].JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,2015,145:75-86.ZhaoLin,GeYaojun.Windloadingcharacteristicsofsuper-largecoolingtowers[J].WindandStructures,2010,13(3):257-273.KeShitang,GeYaojun.Theinfluenceofself-excitedsonwindloadsandwindeffectsforsuper-largecoolingtowers[J].JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,2014,132:LiuZhenqing,IshiharaTakeshi.Numericalstudyofturbulentflowfieldsandthesimilarityoftornadovorticesusinglarge-eddysimulations[J].JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics,2015,145:42-60.KlimanekAdam,CedzichMichal,Bia?eckiRyszzazrd.3DCFDmodelingofnaturaldraftwet-coolingtowerwithfluegasinjection[J].AppliedThermalEngineering,2015,91:824-833.LiuRuofei,ShenGuohui,SunBingnan.Numericalsimulationoflargecoolingtowersunderwindload[J].EngineeringMechanics,2006,S1):177-183.NiemannHJ.“WindEffectsonCoolingTowerS s,”[J].JournaloftheStructuralDivision,1980,106(3):643-661.YeungWWH.Similaritystudyonmeanpressuredistributionsofcylindricalandsphericalbodies[J].JournalofWindEngineering&IndustrialAerodynamics,2007,95(4):253-266.袁孟陶,苗杏如.冷卻塔風壓分布試驗[J].吉林大學自然科學學報1979(4):23-YuanMengtao,MiaoXinru.Thewindpressiondistributionofcoolingtowers[J].JilinUniversityJournalNaturalScienceEdition,1979(4):23-31.SunTF,ZhouLM.Windpressuredistributionaroundariblesshyperboliccoolingtower[J].JournalofWindEngineering&IndustrialAerodynamics,1983,14(s1–3):181–192.ZhaoLin,ChenXu,GeYaojun.Investigationsofadversewindloadsonalargecoolingtowerforthesix-towercombination[J].AppliedThermalEngineering,2016.趙林,王志男,梁譽文等.大型冷卻塔考慮多種風荷載分布模式的結構優化選型[J].實ZhaoLin,WangZhinan,LiangYuwen,etal.StructuralOptimizationconsi