雷暴沖擊風(fēng)下輸電塔風(fēng)荷載特性與風(fēng)振響應(yīng)研究

雷暴沖擊風(fēng)是短時間內(nèi)沖向地面并沿雷暴中心向外圍迅速擴(kuò)散的高強氣流，其最大風(fēng)速出現(xiàn)在近地面附近，對輸電線塔具有極強的破壞性。目前針對雷暴沖擊風(fēng)下輸電塔風(fēng)荷載和風(fēng)振性能的研究較少，包括我國在內(nèi)的大多數(shù)國家的荷載規(guī)范基本上仍采用常態(tài)大氣邊界層剖面風(fēng)荷載作為設(shè)計荷載，并未體現(xiàn)雷暴沖擊風(fēng)的作用。本項目通過輸電塔氣彈模型風(fēng)洞試驗，在邊界層風(fēng)洞中模擬雷暴沖擊風(fēng)風(fēng)場，采用新的位移測試技術(shù)對輸電線塔雷暴沖擊風(fēng)作用下的風(fēng)振特性進(jìn)行系統(tǒng)的研究，分析不同類型的輸電塔在沖擊風(fēng)作用下的風(fēng)振響應(yīng)規(guī)律。基于輸電塔氣彈模型整體位移響應(yīng)的測量結(jié)果，進(jìn)行氣動阻尼參數(shù)和作用于結(jié)構(gòu)上的氣動荷載識別，研究輸電塔結(jié)構(gòu)氣動阻尼隨風(fēng)速的變化規(guī)律和氣動荷載的分布特征與作用機理，建立輸電塔結(jié)構(gòu)三維靜力等效風(fēng)荷載的新的試驗分析方法，為輸電塔抗沖擊風(fēng)設(shè)計提供理論依據(jù)和設(shè)計指導(dǎo)。

本文將典型高壓輸電塔分為塔頭、塔身和塔腿三部分，應(yīng)用高頻天平測力風(fēng)洞試驗技術(shù)，分別研究了塔頭、塔身結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性及作用機理。根據(jù)試驗結(jié)果建立了結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的解析模型，計算了輸電塔的風(fēng)致響應(yīng)，分析了結(jié)構(gòu)阻尼比、模態(tài)數(shù)目等參數(shù)對響應(yīng)的影響。采用廣義陣風(fēng)因子法給出了輸電塔等效靜力風(fēng)荷載計算方法，對比了不同規(guī)范給出的等效靜力風(fēng)荷載，所得結(jié)論對完善我國輸電塔風(fēng)荷載規(guī)范條文有參考價值。

前言

第1章 緒論

1.1 輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)研究綜述

1.1.1 研究意義

1.1.2 輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)研究進(jìn)展

1.2 國內(nèi)外輸電線系統(tǒng)風(fēng)荷載規(guī)范概述

1.2.1 國際電工委員會輸電線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[IEC60826(2003)]

1.2.2 歐洲(英國)規(guī)范(BSEN1993—3—1：2006，BSEN1991—1—4：2005)

1.2.3 ASCE標(biāo)準(zhǔn)(No.74，2009)

1.2.4 中國規(guī)范(GB50545—2010)

1.3 存在的問題和不足

1.4 研究內(nèi)容

第2章 格構(gòu)式輸電塔片段剛性模型測力風(fēng)洞試驗

2.1 引言

2.2 片段剛性模型高頻動態(tài)天平測力風(fēng)洞試驗概要

2.2.1 高頻動態(tài)天平試驗原理簡介

2.2.2 風(fēng)洞簡介

2.2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3 輸電塔頭、塔身風(fēng)力特征

2.3.1 風(fēng)力系數(shù)

2.3.2 基底剪力、扭矩功率譜密度

2.3.3 基底剪力、扭矩的相干性

2.3.4 風(fēng)荷載作用機理試分析

2.3.5 靜動力折算高度

2.4 本章小結(jié)

第3章 格構(gòu)式輸電塔外加風(fēng)荷載簡化數(shù)學(xué)模型

3.1 引言

3.2 最小二乘法基本原理

3.3 風(fēng)力系數(shù)擬合

3.3.1 多項式階次的選取

3.3.2 平均風(fēng)力系數(shù)擬合公式

3.3.3 脈動風(fēng)力系數(shù)擬合公式

3.4 功率譜擬合

3.4.1 順風(fēng)向基底剪力功率譜密度

3.4.2 橫風(fēng)向基底剪力和基底扭矩功率譜密度

3.4.3 功率譜曲線擬合誤差 3.5 本章小結(jié)

第4章 輸電塔風(fēng)致響應(yīng)及參數(shù)分析

4.1 引言

4.2 格構(gòu)式輸電塔風(fēng)致響應(yīng)計算方法

4.2.1 氣動力的確定 4.2.2 時程分析方法

4.2.3 平穩(wěn)激勵下線性系統(tǒng)隨機振動的模態(tài)疊加法

4.2.4 格構(gòu)式輸電塔風(fēng)致響應(yīng)分析計算流程圖

4.3 輸電塔風(fēng)振響應(yīng)計算

4.3.1 結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計算參數(shù)的選取

4.3.2 有限元模型的建立荷載輸入點的選取

4.3.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

4.3.4 風(fēng)振響應(yīng)時、頻域結(jié)果比較

4.3.5 輸電塔響應(yīng)隨風(fēng)向變化

4.3.6 結(jié)構(gòu)響應(yīng)的功率譜特性

4.4 輸電塔風(fēng)振響應(yīng)的參數(shù)分析

4.4.1 結(jié)構(gòu)阻尼比

4.4.2 參振模態(tài)的數(shù)目

4.4.3 模態(tài)交叉項 4.5 酒杯型塔與鼓型塔響應(yīng)比較

4.6 輸電塔簡化計算模型

4.6.1 簡化模型的建立

4.6.2 響應(yīng)比較

4.6.3 誤差及簡化方法適用范圍分析

4.6.4 氣動阻尼

4.7 本章小結(jié)

第5章 輸電塔等效靜力風(fēng)荷載及規(guī)范比較

5.1 引言

5.2 等效靜力風(fēng)荷載簡介

5.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載

5.3.1 風(fēng)致響應(yīng)

5.3.2 等效靜力風(fēng)荷載

5.4 輸電塔風(fēng)荷載規(guī)范及試驗比較

5.4.1 基本風(fēng)速

5.4.2 風(fēng)力系數(shù)(focecoefficient)

5.4.3 陣風(fēng)荷載因子

5.4.4 荷載因子(荷載系數(shù) )

5.4.5 等效靜力風(fēng)荷載計算流程

5.4.6 500kV典型輸電塔等效風(fēng)荷載及風(fēng)振響應(yīng)比較

5.5 本章小結(jié)

第6章 結(jié)論與展望

6.1 研究總結(jié)

6.1.1 格構(gòu)式輸電塔風(fēng)荷載特性

6.1.2 典型輸電塔風(fēng)致響應(yīng)

6.1.3 風(fēng)荷載模型及響應(yīng)規(guī)范比較

6.2 研究展望參考文獻(xiàn) 2100433B

大型風(fēng)筒式冷卻塔是常用的水冷卻設(shè)備，體量巨大，壁厚極薄，風(fēng)荷載是設(shè)計的控制荷載。冷卻塔內(nèi)外表面均受到風(fēng)荷載作用，風(fēng)壓分布非常復(fù)雜；塔筒為旋轉(zhuǎn)殼體結(jié)構(gòu)，振動模態(tài)密集，風(fēng)振問題突出；現(xiàn)有的研究不多，設(shè)計規(guī)范內(nèi)容不全，缺乏有效的風(fēng)荷載理論用于指導(dǎo)設(shè)計。本課題以CFD數(shù)值模擬、風(fēng)洞試驗和時頻域動力計算為手段，對大型冷卻塔的表面風(fēng)壓、干擾效應(yīng)、風(fēng)致響應(yīng)和靜力等效風(fēng)荷載進(jìn)行系統(tǒng)的研究。為使較低雷諾數(shù)下進(jìn)行的風(fēng)洞試驗結(jié)果能應(yīng)用于較高雷諾數(shù)的原型，采用提高模型表面粗糙度的方法，合理的粗糙度通過風(fēng)洞試驗結(jié)合CFD數(shù)值模擬來獲取。對雙塔和塔群干擾進(jìn)行系統(tǒng)分析，提供量化結(jié)果。采用時頻域方法進(jìn)行冷卻塔的風(fēng)振動力計算，得到用于設(shè)計的等效風(fēng)荷載。發(fā)展冷卻塔的風(fēng)振理論，為相關(guān)規(guī)范條文的修訂提供依據(jù)。 2100433B