1000kv雙回路特高壓輸電塔等效靜力風(fēng)荷載研究

1000kv雙回路特高壓輸電塔等效靜力風(fēng)荷載研究

0hffb試驗高頻動態(tài)平衡（hffb）是20世紀80年代開發(fā)的用于研究高層建筑的剛性風(fēng)孔試驗的高級工程。與氣彈模型風(fēng)洞試驗相比，HFFB試驗得到的是模型的風(fēng)荷載，只與模型的幾何外形和相似比有關(guān)，只要結(jié)構(gòu)的外形不變，試驗所得到的風(fēng)荷載參數(shù)都是正確的，因此，HFFB試驗成為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的工具1hmm-b型能源塔模型1.1試驗?zāi)Ｐ图霸囼烇L(fēng)速試驗對象為設(shè)計中的1000kV特高壓雙回路輸電線路的耐張塔和直線塔，選取的直線塔高108m，耐張塔高107m，均為格構(gòu)式鋼管塔，模型的幾何縮尺比為1:50ㄢ試驗在模擬B類地貌的大氣邊界層風(fēng)洞中進行，試驗風(fēng)速15m/s。試驗力系及風(fēng)偏角定義如圖1所示。其中：X′、Z′為風(fēng)軸系，X、Z為體軸系，Y、Y′豎直向上，風(fēng)向角β=0°、90°。1.2試驗結(jié)果的半剛性模型法對于理想的剛性模型，通過HFFB試驗測得的順風(fēng)向基底彎矩是結(jié)構(gòu)受到的順風(fēng)向風(fēng)荷載的整體反映：式中：M(t)表示順風(fēng)向基底彎矩；F(z,t)為高度z處順風(fēng)向的風(fēng)荷載；H為結(jié)構(gòu)總高。當(dāng)假定結(jié)構(gòu)的一階振型為理想振型時，即φ由于輸電塔屬于格構(gòu)式塔架，要達到完全剛性的模型幾乎不可能，而半剛性模型風(fēng)洞試驗測得的基底彎矩譜包括了共振響應(yīng)的影響。文式中：S2塔-上-下-中風(fēng)荷載互功率譜基于準定常理論，不考慮結(jié)構(gòu)與風(fēng)場的相互作用，并忽略脈動風(fēng)二次項的影響，高度z處的脈動風(fēng)壓可以表示為式中：u(z)為高度z處平均風(fēng)速；u將塔沿高度分成N段，則作用在第i段上的脈動風(fēng)荷載可以表示為式中：C當(dāng)采用Davenport風(fēng)譜時，σ其中i,j=1,2,…,Nㄢ不同高度處的風(fēng)荷載互功率譜可以寫成下面形式式中：S文獻結(jié)合式(8)(11)，式(9)可以改寫為根據(jù)式(1)，基底的彎矩譜可表示為將式(12)代入式(13)可得從而可得無量綱風(fēng)荷載自功率譜再結(jié)合式(12)，順風(fēng)向風(fēng)荷載互功率譜可以由下式求得3等靜風(fēng)負荷等效計算3.1平均風(fēng)負荷平均風(fēng)荷載可根據(jù)準定常理論和片條理論得到3.2等效背景風(fēng)荷載背景響應(yīng)部分屬于擬靜態(tài)性質(zhì)，Davenport最初對等效背景風(fēng)荷載的定義只是針對位移響應(yīng)的。而實際上并不存在1個同時與各種響應(yīng)類型都等效的荷載分布。文獻式中：g式中：R當(dāng)z3.3等共振風(fēng)負荷對于輸電塔類型的高聳結(jié)構(gòu)，一般只考慮一階振型的貢獻，采用慣性力模型進行計算式中：g等效共振荷載峰值因子g式中：f3.4表響應(yīng)類型將平均風(fēng)荷載，等效背景風(fēng)荷載和等效共振風(fēng)荷載相疊加可以得到總的等效靜風(fēng)荷載式中：r代表響應(yīng)類型；w由于式(24)(25)的計算較為復(fù)雜，借鑒可靠度理論中0.75線性分離法對式(23)進行簡化引入陣風(fēng)效應(yīng)因子G(r)，順風(fēng)向總的等效靜風(fēng)荷載可以表示為陣風(fēng)效應(yīng)因子G(r)也可以通過響應(yīng)求得式中r(z)表示平均風(fēng)荷載響應(yīng)。4基于位移響應(yīng)的等效靜風(fēng)荷載計算時將耐張塔和直線塔沿塔身分為9段和11段，如圖2所示。分段后兩塔的計算參數(shù)如表1、2所示。運用公式(3)對輸電塔半剛性模型HFFB試驗測得的基底彎矩進行處理，消除共振響應(yīng)的影響。圖3為直線塔在β=0°時順風(fēng)向基底彎矩處理前后的對比，可以看出，模型的共振影響被完全消除。將處理后的功率譜代入公式(16)可得到兩塔的荷載互功率譜。圖4、5給出了β=0°風(fēng)向角下直線塔和耐張塔部分層之間的順風(fēng)向風(fēng)荷載互譜。根據(jù)式(17)～(29)，分別計算β=0°、90°時直線塔和耐張塔各部分等效靜風(fēng)荷載(其中等效背景風(fēng)荷載是根據(jù)位移響應(yīng)計算)，計算結(jié)果如圖6～9所示。將各部分等效風(fēng)荷載代入式(28)，即可得輸電塔各層的順風(fēng)向陣風(fēng)效應(yīng)因子G(r)，如表3～4所示。從以上計算結(jié)果可以看出：1）直線塔與耐張塔的等效背景風(fēng)荷載均比較小，且隨高度變化不大。2）等效共振風(fēng)荷載隨高度變化較大，在塔底部較小，塔上部大。由于每段的質(zhì)量沿高度變化不均勻，等效共振風(fēng)荷載隨高度變化也不均勻。3）由于每段的擋風(fēng)面積沿高度變化較大，平均風(fēng)荷載隨高度變化不均勻。4）在塔的下部，總等效靜風(fēng)荷載主要以平均風(fēng)荷載為主，相應(yīng)的陣風(fēng)效應(yīng)因子接近于1ㄢ5）塔頂部的等效共振風(fēng)荷載基本超過平均風(fēng)荷載(僅β=90°時直線塔頂部的等效共振風(fēng)荷載小于平均風(fēng)荷載)。因此，對于輸電塔這種高聳結(jié)構(gòu)，其頂部的脈動風(fēng)共振響應(yīng)比較大，設(shè)計時應(yīng)充分考慮其影響。6）輸電塔的陣風(fēng)效應(yīng)因子沿高度增加而逐漸增大，在塔頂部達到最大值。5輸電塔風(fēng)荷載1)HFFB試驗測得的半剛性模型底部彎矩在線性振型假設(shè)的條件下，可通過公式(3)消除共振響應(yīng)的影響。2）基于準定常理論和片條理論，根據(jù)HFFB試驗的基底彎矩譜得到了輸電塔不同高度處的風(fēng)荷載自