輸電塔塔—線體系風(fēng)振研究.pdf

1、輸電塔的自振周期較長(zhǎng)，較接近于風(fēng)的卓越周期，對(duì)風(fēng)荷載十分敏感，其風(fēng)振響應(yīng)及其相應(yīng)的安全性已成為目前研究的熱點(diǎn)。輸電塔除承受塔身風(fēng)壓和重力外，還承受導(dǎo)線張力，導(dǎo)線的存在影響了塔架的動(dòng)力特性、風(fēng)振響應(yīng)以及風(fēng)振系數(shù)，因而有必要通過(guò)建立輸電塔塔線體系模型，研究塔線體系的動(dòng)力特性、風(fēng)振響應(yīng)以及風(fēng)振系數(shù)，以期得到對(duì)理論研究及實(shí)際應(yīng)用均為有益的結(jié)論。本論文的主要研究工作有:
　　 (1)基于非線性有限元理論和輸電線找形原理，在ANSYS中完成

2、了輸電線的找形，對(duì)一個(gè)角鋼塔和一個(gè)鋼管組合塔分別進(jìn)行了塔線體系的有限元建模。
　　 (2)基于AR法，考慮Kaimal脈動(dòng)風(fēng)速功率譜和空間三維的Davenport相干函數(shù)，運(yùn)用MATLAB編程實(shí)現(xiàn)了具有多維空間相關(guān)性的多點(diǎn)脈動(dòng)風(fēng)速。模擬的脈動(dòng)風(fēng)速其功率譜與目標(biāo)功率譜吻合程度較好，兩者的譜線趨勢(shì)是一致的，說(shuō)明本文采用自回歸模型模擬風(fēng)速時(shí)程的結(jié)果是準(zhǔn)確可靠的，且本文所取的風(fēng)速時(shí)程模擬參數(shù)是合理的。然后運(yùn)用風(fēng)壓與風(fēng)速相互轉(zhuǎn)換的Bern

3、oulli表達(dá)式，最終將風(fēng)速轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)風(fēng)荷載時(shí)程。
　　 (3)利用ANSYS中的子空間迭代法，對(duì)塔線體系進(jìn)行有了動(dòng)力特性分析，并和單塔的動(dòng)力特性做了對(duì)比，觀察Y向的單塔頻率和塔線體系頻率，發(fā)現(xiàn)輸電線對(duì)輸電塔在Y向（橫向）的質(zhì)量貢獻(xiàn)大于剛度貢獻(xiàn)，即在Y向，由于塔線體系的質(zhì)量增大（剛度也增大，但質(zhì)量增大較剛度增大顯著），塔線體系一階頻率比單塔一階頻率小;而在X向，由于塔線體系的剛度增大（質(zhì)量也增大，但剛度增大較質(zhì)量增大顯著），塔線

4、體系一階頻率比單塔一階頻率大。綜上所述，輸電線對(duì)輸電塔在Y向體現(xiàn)的是質(zhì)量的貢獻(xiàn)，在X向體現(xiàn)的是剛度的貢獻(xiàn)，在X向（順導(dǎo)線方向）的剛度貢獻(xiàn)遠(yuǎn)大于其在Y向的貢獻(xiàn)。
　　 (4)利用ANSYS中的Newmark-β法，對(duì)輸電塔塔線體系進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)時(shí)程計(jì)算及分析，得到了節(jié)點(diǎn)位移、加速度響應(yīng)，并和單塔響應(yīng)做了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)輸電線對(duì)輸電塔存在著顯著的剛度貢獻(xiàn)。此外還得到了單元內(nèi)力時(shí)程，著重分析了不同跨度下塔線體系的內(nèi)力，討論了跨度對(duì)塔線體系內(nèi)力

5、的影響，發(fā)現(xiàn)時(shí)程分析軸力最大值與平均風(fēng)作用下軸力之比N2/N1隨跨度增加而減小，規(guī)范計(jì)算軸力與平均風(fēng)作用下軸力之比N3/N1不隨跨度變化，且各個(gè)跨度下的N2/N1都小于N3/N1。
　　 (5)對(duì)輸電塔塔線體系的風(fēng)振系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算及分析，并和單塔的風(fēng)振系數(shù)做了對(duì)比。著重分析了不同跨度下塔線體系的風(fēng)振系數(shù)，討論了跨度對(duì)塔線體系風(fēng)振系數(shù)的影響。研究表明，塔線體系的風(fēng)振系數(shù)(β)隨跨度增大而變小，而單塔的風(fēng)振系數(shù)(β)隨跨度變化而保持