輸電塔平均風(fēng)荷載及響應(yīng)分析.pdf

1、輸電塔作為國家電力動脈中的重要環(huán)節(jié)，保證其正常的工作狀態(tài)有著非常重要的意義。輸電塔是典型的高聳結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載在其設(shè)計計算中占有控制地位。輸電塔的結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，我國現(xiàn)行輸電線路設(shè)計規(guī)程和建筑荷載規(guī)范并沒有對其所受的風(fēng)荷載提供明確合理的計算規(guī)定。本文利用高頻天平的風(fēng)洞測力試驗和CFD數(shù)值模擬計算，對輸電塔的平均風(fēng)荷載進行了研究，得到了輸電塔各高度部位的體型系數(shù)，并根據(jù)體型系數(shù)計算得到了輸電塔所受的平均風(fēng)荷載，同時計算得到了電線對輸電塔架施

2、加的電線荷載。用三維線性梁單元建立了輸電塔的有限元模型，并對其施加平均風(fēng)荷載和電線荷載，考慮多種工況，算得其位移響應(yīng)和應(yīng)力響應(yīng)，并得出一些結(jié)論。 本文主要進行了以下幾個方面的工作： 1.本文以某500kV線路的單回路酒杯形輸電塔和《國家電網(wǎng)公司輸變電工程典型設(shè)計》中的5E-SJ2雙回路鼓形塔為研究對象，首先介紹了在同濟大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點實驗室TJ-1大氣邊界層風(fēng)洞中進行的高頻天平測力試驗。根據(jù)試驗結(jié)果計算得到了輸電

3、塔各分段的體型系數(shù)。結(jié)果表明紊流度對輸電塔所受的平均風(fēng)荷載影響不大，而且風(fēng)力系數(shù)最大時的風(fēng)向角并沒有包括在我國現(xiàn)行規(guī)程相關(guān)的計算規(guī)定中。 2.利用計算流體軟件Fluent對各輸電塔模型進行了數(shù)值模擬計算，得到了輸電塔各分段模型的平均風(fēng)荷載。在建模過程中，對輸電塔結(jié)構(gòu)進行了一系列必要的簡化，并對簡化工作做了可行性驗證分析。建立了與風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ统叽缦喈?dāng)?shù)挠嬎隳Ｐ?，設(shè)置與風(fēng)洞試驗完全相同的邊界條件，通過選取合適的湍流模型和網(wǎng)格分布，計

4、算得到了輸電塔各分段模型的平均風(fēng)荷載。將CFD數(shù)值模擬計算的結(jié)果與風(fēng)洞試驗結(jié)果進行了對比，說明了數(shù)值計算的可信度和可行性。結(jié)果表明，基于Fluent的標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型可以方便地對輸電塔結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)荷載進行預(yù)測，計算結(jié)果和風(fēng)洞試驗結(jié)果隨風(fēng)向角變化的趨勢基本相同，大部分的數(shù)據(jù)誤差可以接受。由于風(fēng)洞試驗對輸電塔的分段比較粗略，未能對塔架進行詳細(xì)的風(fēng)荷載分析，而且試驗并未考慮大氣邊界層內(nèi)的風(fēng)剖面，無法得到輸電塔位于不同高度的各部位的體型系數(shù)。

5、本文的CFD數(shù)值模擬計算對各模型定義了不同高度的分段，得到了各分段在整個模型所受風(fēng)荷載中所占的比重，配合風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)即可得到各分段的平均風(fēng)荷載，進而求得各分段的體型系數(shù)。對于風(fēng)洞試驗中未包括的塔腿結(jié)構(gòu)，利用CFD數(shù)值模擬計算得到其體型系數(shù)，為后來的整塔計算提供依據(jù)。 3.根據(jù)風(fēng)洞試驗和CFD數(shù)值模擬得到的體型系數(shù)，計算得到酒杯塔和鼓形塔整塔所受的平均風(fēng)荷載。并根據(jù)我國現(xiàn)行輸電線路設(shè)計技術(shù)規(guī)程中關(guān)于平均風(fēng)荷載的相關(guān)規(guī)定，計算得到幾

6、個特定角度的平均風(fēng)荷載。將兩種方法得到的平均風(fēng)荷載進行對比，結(jié)果表明，根據(jù)規(guī)程計算的結(jié)果整體上偏小。隨后計算得到了導(dǎo)線和地線對輸電塔施加的水平平均風(fēng)力、水平張力和豎向荷載，包括不同厚度覆冰以及電線斷線等情況。基于Ansys平臺，用三維線性梁單元建立了酒杯塔和鼓形塔的有限元模型。根據(jù)輸電塔所受平均風(fēng)荷載以及電線對塔體的作用，考慮覆冰和發(fā)生斷線不平衡荷載等多種工況，對輸電塔的有限元模型進行加載，計算得到其位移與應(yīng)力響應(yīng)。結(jié)果表明，電線荷載對