特高壓輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)及風(fēng)振疲勞性能研究.pdf

1、輸電塔線體系是風(fēng)敏感型結(jié)構(gòu)體系，風(fēng)荷載是輸電塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制荷載。目前，對(duì)特高壓輸電塔的風(fēng)荷載模型、考慮塔線耦聯(lián)的風(fēng)振響應(yīng)規(guī)律以及風(fēng)振的災(zāi)害研究尚處于初期。本文以擬建的1000kV雙回路特高壓輸電線路為背景，對(duì)特高壓鋼管輸電塔的風(fēng)荷載模型、風(fēng)致振動(dòng)特性、塔線耦合體系氣彈性風(fēng)洞試驗(yàn)以及風(fēng)振疲勞等問題展開研究，主要包括以下幾方面內(nèi)容：
　　 (1)基于HFFB試驗(yàn)確定輸電塔的風(fēng)荷載譜。由靜力三分力風(fēng)洞試驗(yàn)得到鋼管輸電塔的體型系數(shù)；對(duì)

2、輸電塔半剛性模型的HFFB試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理，去除了基底彎矩譜中共振響應(yīng)的影響，并對(duì)處理后的彎矩譜進(jìn)行擬合，得到各風(fēng)向角下的順風(fēng)向、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)向的基底彎矩譜公式?；陲L(fēng)荷載豎向相干性與風(fēng)速相干性一致的假設(shè)，得到輸電塔不同高度的風(fēng)荷載自譜與互譜，并分析輸電塔橫風(fēng)向激勵(lì)的組成，識(shí)別出紊流激勵(lì)部分與旋渦脫落激勵(lì)部分約各占一半。
　　 (2)通過氣彈性風(fēng)洞試驗(yàn)研究雙回路特高壓鋼管輸電塔及塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)特性。采用半剛性節(jié)段加“U”形彈

3、簧片的方法設(shè)計(jì)制作輸電塔的氣動(dòng)彈性模型，動(dòng)力特性測定表明按此方法制作的模型滿足氣彈性風(fēng)洞試驗(yàn)的要求。對(duì)塔線體系氣彈性風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)輸電塔與導(dǎo)線采用不一致比例的問題進(jìn)行數(shù)值分析，從理論角度論證了這一方法的可行性。由氣彈性風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了雙回路特高壓輸電塔及塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)特性，并通過試驗(yàn)結(jié)果反演得到了結(jié)構(gòu)的固有特性和系統(tǒng)的輸入激勵(lì)。
　　 (3)建立塔線體系的有限元模型，分別在時(shí)域和頻域?qū)λ€耦合體系的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行理論分析，得出的

4、結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)吻合。推導(dǎo)了三節(jié)點(diǎn)索單元以及考慮擺動(dòng)剛度的絕緣子單元的剛度與質(zhì)量矩陣。在等效線性化的基礎(chǔ)上對(duì)塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行頻域分析，結(jié)果表明導(dǎo)線張力較大、垂度較小時(shí)，塔線體系的頻域計(jì)算結(jié)果也能達(dá)到較高的精度。
　　 (4)采用等效靜力風(fēng)荷載組合法和風(fēng)振系數(shù)法計(jì)算輸電塔的等效靜力風(fēng)荷載，為設(shè)計(jì)中考慮橫風(fēng)向影響提出建議。試驗(yàn)結(jié)果均表明，輸電塔在橫風(fēng)向的風(fēng)振響應(yīng)與順風(fēng)向的動(dòng)力部分在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。為考慮輸電塔橫風(fēng)向的等效靜力風(fēng)荷載

5、，引入廣義陣風(fēng)效應(yīng)因子和廣義風(fēng)振系數(shù)，為輸電塔抗風(fēng)設(shè)計(jì)中考慮橫風(fēng)向風(fēng)振效應(yīng)提供方便、合理的方法。
　　 (5)基于線性疲勞累積損傷理論，在時(shí)域與頻域討論輸電塔結(jié)構(gòu)的風(fēng)振疲勞壽命的計(jì)算，提出估算輸電塔風(fēng)振疲勞的思路和方法。通過輸電塔的風(fēng)振時(shí)程分析和雨流計(jì)數(shù)法在時(shí)域中計(jì)算結(jié)構(gòu)的風(fēng)振疲勞累積損傷，并比較目前頻域內(nèi)計(jì)算疲勞累積損傷的各種方法，結(jié)果表明頻域估算疲勞壽命偏于保守，其中等效應(yīng)力法計(jì)算結(jié)果與雨流法最為接近，計(jì)算過程也較為簡單方便