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(dòng)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(jì)計(jì)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(jì)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(jì)算規(guī)定。本文利用高頻天平的風(fēng)洞測力試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬計(jì)算，對輸電塔的平均風(fēng)荷載進(jìn)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(jì)算得到了輸電塔所受的平均風(fēng)荷載，同時(shí)計(jì)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(jìn)行了以下幾個(gè)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(jì)》中的5E-SJ2雙回路鼓形塔為研究對象，首先介紹了在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室TJ-1大氣邊界層風(fēng)洞中進(jìn)行的高頻天平測力試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)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(shí)的風(fēng)向角并沒有包括在我國現(xiàn)行規(guī)程相關(guān)的計(jì)算規(guī)定中。 2.利用計(jì)算流體軟件Fluent對各輸電塔模型進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)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(jìn)行了一系列必要的簡化，并對簡化工作做了可行性驗(yàn)證分析。建立了與風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ统叽缦喈?dāng)?shù)挠?jì)算模型，設(shè)置與風(fēng)洞試驗(yàn)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(jì)

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(jì)算的結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比，說明了數(shù)值計(jì)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(jìn)行預(yù)測，計(jì)算結(jié)果和風(fēng)洞試驗(yàn)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(yàn)對輸電塔的分段比較粗略，未能對塔架進(jìn)行詳細(xì)的風(fēng)荷載分析，而且試驗(yàn)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(jì)算對各模型定義了不同高度的分段，得到了各分段在整個(gè)模型所受風(fēng)荷載中所占的比重，配合風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)即可得到各分段的平均風(fēng)荷載，進(jìn)而求得各分段的體型系數(shù)。對于風(fēng)洞試驗(yàn)中未包括的塔腿結(jié)構(gòu)，利用CFD數(shù)值模擬計(jì)算得到其體型系數(shù)，為后來的整塔計(jì)算提供依據(jù)。 3.根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)和CFD數(shù)值模擬得到的體型系數(shù)，計(jì)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(jì)技術(shù)規(guī)程中關(guān)于平均風(fēng)荷載的相關(guān)規(guī)定，計(jì)算得到幾

6、個(gè)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(jìn)行對比，結(jié)果表明，根據(jù)規(guī)程計(jì)算的結(jié)果整體上偏小。隨后計(jì)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?；贏nsys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(jìn)行加載，計(jì)算得到其位移與應(yīng)力響應(yīng)。結(jié)果表明，電線荷載對