甌江大跨越輸電塔的抗風(fēng)研究

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1、甌江大跨越輸電塔的抗風(fēng)研究摘耍：人跨越輸電塔是一種柔性結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載是其設(shè)計的主耍控制荷載，超高輸電鐵塔的風(fēng)效應(yīng)十分復(fù)雜，目前對于此類結(jié)構(gòu)往往通過氣彈模型風(fēng)洞實驗來完成。500kV樂清一溫東輸電線路甌江大跨越高塔處于強臺風(fēng)經(jīng)常襲擊的溫州甌江邊，為了確定跨越塔的設(shè)計風(fēng)荷載和風(fēng)振特性，保證其的安全、可靠和經(jīng)濟性，對該跨越高塔結(jié)構(gòu)進行氣彈模型的風(fēng)洞試驗是很有必要的。本文從項目需求背景、設(shè)計原則與思路、技術(shù)要點和應(yīng)用效果等幾個方面，來驗證研究甌江大跨越輸電塔的安全性和科學(xué)性。關(guān)鍵詞：甌江大跨越輸電塔風(fēng)洞抗風(fēng)屮圖分類號：［TU

2、279.7+44］文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1引言隨著我國經(jīng)濟持續(xù)、高速的發(fā)展，電力能源供求矛盾將H趨尖銳。因此，建設(shè)堅強可靠的電網(wǎng)將成為我國經(jīng)濟高速發(fā)展的重要保證。在電力輸電線路工程中，跨越江河、山谷等自然屏障的線路，往往要采用高聳跨越鋼管塔來實現(xiàn)，所以大跨越輸電鋼管塔往往處于極其重要的地位。人跨越輸電鋼管塔往往具有高度大、荷載重、自振頻率低等特點,是一種風(fēng)敏感的柔性結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載是鐵塔設(shè)計的主要控制荷載，特別是在強臺風(fēng)地區(qū)，大風(fēng)暴對結(jié)構(gòu)的不利影響以及由于風(fēng)速脈動而產(chǎn)生的風(fēng)振效應(yīng)顯得尤為突出。輸電鋼管塔風(fēng)荷載的確定在

3、設(shè)計上體現(xiàn)為風(fēng)振系數(shù)的確定，因此風(fēng)振系數(shù)是一個關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。而對于大跨越鋼管塔的風(fēng)振響應(yīng)問題，日前還沒有一套成熟通用的理論，體現(xiàn)在工程設(shè)計中便是缺乏在理論上相對準確、在使用上較為簡便的規(guī)范來指導(dǎo)實際的設(shè)計工作，我國規(guī)范只給出高層和高聳結(jié)構(gòu)相應(yīng)的風(fēng)振系數(shù)計算公式，這就使得設(shè)計人員在輸電高塔風(fēng)振系數(shù)的取值上往往存在相當(dāng)大的經(jīng)驗性和盲目性。為了保證結(jié)構(gòu)的安全，設(shè)計時往往考慮了較多的人為的增大因素，致使風(fēng)振系數(shù)的取值數(shù)值較大，但缺乏科學(xué)依據(jù)。因此有必要通過風(fēng)洞試驗來確定大跨越高塔的風(fēng)荷載特性。2塔線體系模型設(shè)計本文大跨越輸電

4、塔線體系風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ蜑闅鈩訌椥阅Ｐ?，主要研究結(jié)構(gòu)體系的動力特性和風(fēng)振響應(yīng)%大跨越輸電塔線體系在脈動風(fēng)荷載作用下振動方程可一般性地表述[M]{X}+[C]{X}+[K]{X}二{F((t,x,x,x)}(1)式中:[M],[C],[K]分別為體系的質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣;{x},{x},(x)分別為體系加速度、速度、位移響應(yīng)向量；[M]{X},[C]{X}和[K]{X}分別對應(yīng)于體系慣性力、阻尼力以及彈性力；{F((t,x,x,x)}為作用在體系上的水平荷載，包括氣動力及由于結(jié)構(gòu)運動而產(chǎn)生的自激力％對于實際結(jié)構(gòu)體系，作

5、用于其上的氣動力與當(dāng)?shù)貧夂驐l件、地形地貌及其體型等因素有關(guān)，自激力則與結(jié)構(gòu)體系在風(fēng)作用下的運動有關(guān)。導(dǎo)線的自振頻率主要山導(dǎo)線的垂跨比確定，因此通過控制導(dǎo)線的垂跨比來滿足導(dǎo)線的動力特性相似條件，同時也要滿足導(dǎo)線的外形、質(zhì)量等相似條件。氣動彈性模型法通過試驗?zāi)Ｐ椭苯幽M式(1),因而試驗中除了要求風(fēng)場相似和模型氣動外形的幾何相似外，還要求模型與原型間的5個無量綱相似判據(jù)相等，分別是彈性參數(shù)、慣性參數(shù)、阻尼參數(shù)、重力參數(shù)和雷諾數(shù)。要同時、全面地反映風(fēng)場和結(jié)構(gòu)兩個方面的相似要求通常十分困難。因此，在大跨越輸電塔線體系模型試

6、驗中，需要根據(jù)待解決的主要問題以及具體的試驗條件，忽略一些次要因索，在模型設(shè)計時主要考慮以下幾個因素：①模型幾何相似比S1選取取決于原形結(jié)構(gòu)高度、試驗段截面尺寸和模擬紊流邊界層風(fēng)場尺寸的要求；②模型材料的彈性模量可根據(jù)彈性相似條件來確定，但耍按照相似比實現(xiàn)彈性模量的相似是不可能的，由丁彈性模量總是出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)剛度表達式中，故可將彈性參數(shù)相似轉(zhuǎn)化為剛度相似；Renolds數(shù)和Froude數(shù)是相互矛盾的，根據(jù)風(fēng)洞試驗結(jié)果和現(xiàn)場實測結(jié)果的對比研究表明，在模擬的大氣邊界層風(fēng)場中，在表面光滑的模型上測得的脈動壓力功率譜和實測結(jié)

7、果很接近，即在一左紊流度的模擬大氣邊界層風(fēng)場中，在具有較低雷諾數(shù)的模型上測量得到的動態(tài)氣動力結(jié)果在工程精度范圍內(nèi)可以用于對實際結(jié)構(gòu)的分析，對于輸電塔線體系，塔架構(gòu)件為角鋼組合斷面，而導(dǎo)線應(yīng)主要考慮重力參數(shù)影響，因此本試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計確保Renolds數(shù)，忽略Froude數(shù)；④甌江大跨越輸電塔的每一個構(gòu)件都是復(fù)朵的組合構(gòu)件，因此模型很難完全由實際結(jié)構(gòu)按比例制作，另一方面,完全按照結(jié)構(gòu)兒何相似比制作的模型也很難滿足剛度相似條件，乂由于實際塔架結(jié)構(gòu)中間設(shè)有封閉圓型電梯井道，剛好為設(shè)計模型的剛度分離提供了條件，故本試驗?zāi)Ｐ驮O(shè)計

8、采取了外形、質(zhì)量以及剛度相分離的處理方法。3測點布置及試驗工況3.1模型測點布置試驗中，信號測量采用了2個高靈敏度壓電陶瓷加速度傳感器和6個激光位移計，共計8個測點，其屮測點1,2為加速度傳感器，布置在塔頂,分別測量塔頂處X向及Y向的加速度；測點站8為位移計，分別布置在塔頂、塔高1683mm處和絕緣子上，每處布置兩個，分別測量X向及Y向的位移（X向為塔線平面