1. 研究目的与意义
风是一种自然现象，由于空气的流动而产生，其对人类的影响是十分显著的。统计表明，风灾是所有自然灾害中发生频率最高、破坏范围最广、经济损失最大的灾害。尽管在极端天气下风灾会对生产活动产生负面影响，但是在水塔的设计中，风荷载对其有决定性作用。高耸钢筋混凝土水塔结构对风荷载十分敏感，风对高耸水塔的破坏主要是由于其对水塔产生的静态和动态荷载。静态荷载是指风沿着水塔的竖直方向施加的压力，而动态荷载则是指由于风引起的水塔的振动而产生的荷载。当风速较大时，水塔所受的静态荷载会增加，这会导致水塔的变形和振动，甚至会使其倒塌。此外，由于风速和方向的不稳定性，风还会对水塔产生不同频率和振幅的动态荷载，这也会增加水塔的振动，进而影响其结构的稳定性。
钢筋混凝土水塔是城市中常见的重要储水设施，其在供水、消防等方面扮演着重要的角色。然而，在自然灾害中，如风灾、地震等，钢筋混凝土水塔容易遭受破坏，造成严重的人员伤亡和财产损失。这是因为钢筋混凝土水塔在自然灾害中承受的作用力较大，其结构复杂、形状规则性差等因素也影响了其自身的抵御能力。为了减少自然灾害对钢筋混凝土水塔的影响，降低损失，需要对钢筋混凝土水塔在风灾中的易损性进行深入研究。此外，随着城市化进程的加速和气候变化等因素的影响，自然灾害的频率和强度都在增加，钢筋混凝土水塔的风险也越来越高。
赵明伟等通过研究荷载与结构抗力的概率模型，建议构件风灾破坏的判定准则，给出轻型钢结构的风灾破坏等级矩阵。使用蒙特卡洛模拟得到各类构件及建筑整体的超越破坏易损性曲线。张娟利用规范与风洞试验数据分别计算了轻钢结构屋面的风灾易损性，将二者结果进行比较，并规定了屋面破坏的判断准则，划分了破损伤等级，计算了典型轻钢结构屋面在各个风速下的破坏概率。肖瑞基于 Kaimal风谱编写了脉动风模拟的MATLAB程序，并考虑了空间相关性的影响，建立了三塔四跨的塔-线模型，定义了输电塔的三种破坏等，给出了风速等对输电塔的易损性影响。张欣提出塔-线耦合的输电塔模型，对结构开展了倒塌易损性分析，评估了其抗风承载力，提出结构整体损伤指标以作为判断结构倒塌的标准，并考虑了结构材料及几何尺寸的不均匀性，对塔－线体系进行了敏感性分析。刘春城等建立了考虑桩－土－结构相互作用的整体有限元模型和基础固支的输电塔三维有限元模型，用线性滤波法来模拟输电塔结构所受脉动风，最后得到的输电塔的自身动态响应与风振响应。程怡利用ANSYS建模与谐波合法模拟随机风来对电视塔进行了动力特性与风振反应分析，并提出了一种基于形状记忆合金的主动减震方法，编制了相应的最优算法，并验证了其有效性。张笑石研究了风力发电塔的最不利工况与破坏模式，并基于Davenport风速谱和线性滤波法分析了发电塔的风振响应，并针对其提出了外设支撑钢管杆和内设加劲肋同时外设支撑钢管杆的两种抗风设计方法。
2. 研究内容和预期目标
钢筋混凝土结构是目前建筑工程中常用的结构形式之一，而风灾是造成建筑损失的主要因素之一。因此，研究钢筋混凝土结构在风灾中的易损性，对于提高建筑的安全性、减少风灾对社会经济的影响具有重要的意义。
本课题的研究内容包括钢筋混凝土结构的风荷载特性研究，即风荷载的计算、作用时间、风荷载的频性等；钢筋混凝土结构的风灾损伤机理研究，包括结构破坏的原因、破坏模式、破坏过程等；钢筋混凝土结构的风灾易损性评估方法研究：包括基于经验、统计方法、数值模拟同评估方法的研究，以及钢筋混凝土结构风灾易损性的定量化描述方法的研究。
本课题的研究预期目标包括建立适用于不同地区和不同类型钢筋混凝土结构的风荷载计算方法和风荷载作用时间参数，提高结构设计的准确性；深入理解钢筋混凝土结构在风灾中的破坏机理，为抗风设计提供理论依据；建立科学、可靠的钢筋混凝土结构风灾易损性评估方法和定量化描述方法，提高抗灾能力；发展新型、适用于不同地区和不同类型钢筋混凝土结构的抗风设计方法，提高结构的抗风能力，减少风灾损失。3. 研究的方法与步骤
本课题主要研究方法与步骤如下：选取能反映高度变化的Davenport谱为目标功率谱，利用MATLAB程序，采用线性滤波法（AR法）模拟出用于钢筋混凝土水塔风振响应分析的风速时程，通过模态分析得到结构不同振型的频率，比较模拟谱和目标谱的谱特性，检验模拟的有效性；采用ABAQUS软件，通过一定的简化处理，完成对水塔的建模；将模拟的风速时程换算成风荷载加到水塔上，得到水塔的应力、位移等动力响应；定义结构的破坏状态与准则，利用结构抗力指标、风荷载效应与结构破坏形式建立风荷载强度与结构破坏之间的关系，绘制结构的易损性曲线。
4. 参考文献
| [1].程怡, 电视塔的风致振动控制研究. 水利与建筑工程学报, 2016. 14(6): 第227-234页. [2].刘锡良与周颖, 风荷载的几种模拟方法. 工业建筑, 2005. 35(5): 第81-84页. [3].张欣, 风荷载作用下大跨越输电塔-线体系的易损性分析, 2020, 山东大学. 第 82页.
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5. 计划与进度安排[1]2月20日—3月12日 文献检索，提交开题报告
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