風(fēng)雨致輸電塔線結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性及試驗(yàn)研究.pdf

1、輸電塔線結(jié)構(gòu)具有塔體結(jié)構(gòu)高、跨度大和結(jié)構(gòu)柔性強(qiáng)等特點(diǎn)，在風(fēng)雨荷載的作用下極易發(fā)生氣動(dòng)特性失穩(wěn)，導(dǎo)致振動(dòng)疲勞損傷乃至倒塌破壞，嚴(yán)重制約著輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。由于風(fēng)雨致輸電塔線結(jié)構(gòu)振動(dòng)涉及到氣、液、固和電場(chǎng)力多相耦合，至今尚未對(duì)其振動(dòng)機(jī)理有明確的認(rèn)識(shí)。因此為全面而準(zhǔn)確的研究風(fēng)雨致輸電塔線結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性，本文在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)輸電塔線結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析。
　　首先，在針對(duì)輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振現(xiàn)象進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，參考和

2、借鑒了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究成果，提出輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振的影響因素和形成機(jī)理。結(jié)合各影響因素的參數(shù)變化，建立了輸電導(dǎo)線風(fēng)雨致振的力學(xué)模型;并利用Galerkin法和中心差分法對(duì)振動(dòng)方程進(jìn)行求解，為相關(guān)理論的深入研究和模擬實(shí)驗(yàn)創(chuàng)造了條件。
　　其次，針對(duì)輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振特點(diǎn)，自制了輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振試驗(yàn)裝置;并基于試驗(yàn)和有限元分析軟件的方法對(duì)輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了模態(tài)分析;并從動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)裝置某些部位的剛度和整體質(zhì)量

3、，從而改變實(shí)驗(yàn)裝置的固有頻率，有效的避免了風(fēng)雨激振模擬實(shí)驗(yàn)裝置正常工作時(shí)的振動(dòng)現(xiàn)象。在不同荷載工況條件下，采用自制的輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振試驗(yàn)裝置對(duì)輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振進(jìn)行模擬試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析輸電導(dǎo)線動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律和影響因素，得到了具有典型傾角和雨線位置的輸電導(dǎo)線在不同風(fēng)速下的振動(dòng)響應(yīng)，以及輸電導(dǎo)線易發(fā)生風(fēng)雨激振的風(fēng)速大小和雨線的位置。從而也驗(yàn)證了風(fēng)雨激振理論力學(xué)模型和形成機(jī)理的正確性。
　　然后，在輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用混

4、合子結(jié)構(gòu)方法對(duì)輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振進(jìn)行數(shù)值模擬。將通過(guò)風(fēng)雨激振試驗(yàn)臺(tái)實(shí)測(cè)的模型振動(dòng)響應(yīng)施加到流場(chǎng)邊界上，通過(guò)Fluent對(duì)動(dòng)邊界形成數(shù)值模擬計(jì)算，得到輸電導(dǎo)線風(fēng)雨激振的非定常氣動(dòng)力系數(shù);將計(jì)算得到的氣動(dòng)力施加到輸電導(dǎo)線模型上，發(fā)現(xiàn)利用子結(jié)構(gòu)方法得到的氣動(dòng)力系數(shù)計(jì)算出輸電導(dǎo)線振動(dòng)響應(yīng)與試驗(yàn)結(jié)果接近，說(shuō)明通過(guò)混合子結(jié)構(gòu)方法得到的氣動(dòng)力系數(shù)具有較高的精度。該方法為不便于實(shí)驗(yàn)獲取氣動(dòng)力系數(shù)的特性振動(dòng)問(wèn)題研究提供了一種有效途徑。
　　最后，根據(jù)

5、以上輸電導(dǎo)線風(fēng)雨致振的分析結(jié)論，針對(duì)輸電塔振動(dòng)特性進(jìn)行研究;依據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)相似準(zhǔn)則，采用一種新型設(shè)計(jì)方法制作了輸電塔結(jié)構(gòu)氣彈模型，并利用有限元分析軟件以及相關(guān)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，驗(yàn)證了氣彈模型的準(zhǔn)確性;利用自制的大氣邊界層風(fēng)洞試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了風(fēng)振試驗(yàn)，分別研究了在不同風(fēng)速以及風(fēng)向角下輸電塔的位移與加速度響應(yīng)特點(diǎn)。研究結(jié)果表明:輸電塔順風(fēng)向和橫風(fēng)向的位移響應(yīng)均值隨風(fēng)速的增大而增加，順風(fēng)向響應(yīng)變化顯著;輸電塔順風(fēng)向和橫風(fēng)向加速度響應(yīng)隨風(fēng)