《長塔臂輸電塔的三維風荷載特性及抗風設計方法研究》是依託浙江大學，由沈國輝擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：長塔臂輸電塔的三維風荷載特性及抗風設計方法研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：沈國輝
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超高壓和特高壓線路是現代輸電線路的主要建造方向，長塔臂是這些輸電塔的典型特徵。長塔臂輸電塔在橫擔上有很大的質量和擋風面積的突變，其動力特性和傳統的輸電塔有較大差異，橫風向和扭轉風荷載效應顯著。輸電塔設計規範沒有考慮橫風向和扭轉的風荷載，同時提供的風振係數計算方法很難適用於長塔臂輸電塔。國內外相關研究主要針對順風向，很少涉及扭轉效應以及考慮三維作用的風效應，同時以往基於懸臂樑模型的風荷載研究方法和相關理論在長塔臂輸電塔也存在適用性問題。本課題針對典型長塔臂輸電塔，採用現場實測、高頻動態天平風洞試驗、氣彈模型風洞試驗、典型節間測壓風洞試驗和時頻域計算方法，分析輸電塔三維風荷載的時頻域特徵和產生機理，研究分布力和節點力的風荷載作用模式對桿件受力的影響，給出考慮三個方向作用的輸電塔風荷載的研究方法、回響特徵和等效風荷載。發展輸電塔的相關風振理論，並為相關規範條文的修訂提供一定的依據。
結題摘要
隨著輸電線路規模的增大，長橫擔輸電塔越來越廣泛地得到套用。由於在長橫擔上存在很大的質量和擋風面積的突變，導致長橫擔輸電塔的風荷載特性與傳統的輸電塔有較大差異，同時其橫風向和扭轉向的風荷載效應顯著，非常有必要進行長橫擔輸電塔三維風荷載特徵和抗風設計方法研究。本課題主要研究內容有：（1）採用氣彈模型風洞試驗獲得輸電塔在順風向、橫風向和扭轉向的風振特徵；（2）採用高頻動態天平風洞試驗研究圓截面鋼管塔的體型係數，分析風洞試驗時雷諾數效應的修正方法；（3）採用大比例尺剛性測壓風洞試驗獲得角鋼塔各桿件的局部風壓分布，分析節段模型的整體體型係數和力譜特徵；（4）基於高頻天平動態試驗數據，提出考慮順風、橫風和扭轉向三維作用的輸電塔等效風荷載計算方法；（5）分析輸電塔風致回響的各種時頻域計算方法，對比各結果以探討各種方法的適用性；（6）研發用於輸電塔加速度測試的輕便現場實測裝置和進行套用，研究輸電塔的半剛性連線對輸電塔自振特性和風致回響的影響；（7）基於向量式有限元方法進行輸電塔風振回響和風致倒塌計算。 研究結果表明：（1）在各風向角下輸電塔的橫風向加速度與順風向加速度接近，橫風向效應在設計中必須考慮；（2）圓鋼塔的天平測力風洞試驗中，高湍流風場下測試獲得的體型係數可不進行修正，均勻流下體型係數需要考慮修正係數；（3）圓鋼塔架體型係數在15°風向上達到最大值，正迎風的體型係數與美國規範接近，比中國規範大；(4)典型角鋼塔節段模型的順風向體型係數為2.99，比中國規範大，規範數據偏危險；（5）典型角鋼塔節段模型在順風向與橫風向基底剪力的相干性、順風向基底剪力與扭矩間的相干性均較小，橫風向基底剪力與扭矩間的相干性較大；（6）時頻和頻域的兩種方法（CQC法和背景加共振）得到的結果非常接近，在頻域分析中模態交叉項的貢獻不可忽略，對於長塔臂輸電塔需要考慮至少6階模態的參與；（7）基於C++編制了輸電塔基於向量式有限元的風振回響計算程式，與傳統有限元的風致回響結果一致，演算獲得輸電塔的風致倒塌過程；（8）提出了輸電塔的三維抗風設計方法，能同時考慮三個方向的風荷載作用，已在玉環電廠二期送出線路等工程中得到套用。
