输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。     

大跨越输电塔-线体系的风控效果研究

本文研究了大跨越输电塔-线体系风控效果的敏感性和橡胶铅芯阻尼器的实用性,从橡胶铅芯阻尼器的变形、刚度和阻尼各自的减振效果等方面验证了阻尼器的风控效果。研究表明:阻尼器控制后大跨越输电塔-线体系的位移响应均大幅降低;各风向角动风作用下均会引起大跨越输电塔-线体系的横线向和顺线向振动;同时,位移响应的最不利风向角与内力响应的最不利风向角不一定相同。塔高和输电线张力均会影响大跨越输电塔-线体系的横线向与顺线向的位移和加速度响应和风控效果。在设计风速下,安装于优化位置的橡胶铅芯阻尼器均能正常工作,其刚度和阻尼对大跨越输电塔-线体系的风控效果均有贡献,阻尼发挥了主导作用。     

输电塔-线体系完全气弹模型风洞试验研究

按照基本缩尺律,设计、制作出模拟输电塔-线体系的一塔两跨线完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了各种风速下输电塔在挂线和不挂线工况下的位移与加速度响应,观测了输电塔-线体系的极限风荷载和风毁模式,同时通过测量导地线线端应变和绝缘子应变,得到导地线传递给输电塔的静、动力风荷载。研究了塔线耦联对输电塔风振响应的影响,分析了单塔与输电塔-线体系气弹模型风振响应随风速的变化规律和频谱特点,得到了若干对输电塔抗风设计有参考价值的结论。     

大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析

输电塔是高柔度的风敏感结构,大跨越输电塔线体系由于塔线耦合作用,动力特性和风振响应变得复杂。以智力CHACAO大跨越工程为例,在Ansys中建立塔线体系有限元模型,从结构的动力特性和风振响应几个方面对单塔及塔线体系进行风振分析;根据时程分析结果对风振系数进行计算并和规范结果对比,发现按照建筑荷载规范结果不准确也不安全,架空输电线路荷载规范由于考虑了横担处的质量突变等因素,总体来说更符合实际也更偏于安全。     

大跨越输电塔线体系风振控制研究

本文通过模型风洞试验和对江阴大跨越输电塔线体系风振控制设计计算,研究了大跨越输电塔线体系动力特性和风振控制。通过悬挂水箱、粘弹性阻尼摆和悬挂水箱加粘弹性阻尼摆组合控制三种制振方案的气弹模型风洞试验研究,验证了设置振动控制装置可有效地减小大跨越输电塔的风振响应,为江阴大跨越工程风振控制设计及应用提供了依据。最后,对正在建设中高346.5m的江阴大跨越输电塔线体系进行风振控制设计,提出用调频质量阻尼器(TMD)和粘弹性阻尼器(VED)的控制方案,理论计算表明具有较好控制效果。     

大跨越输电塔线体系风振响应的时域分析

以规划中的世界第一高塔-舟山大跨越输电塔为工程背景,建立了塔线耦合体系的空间有限元模型,对体系的风振响应进行了时域分析,同时对输电塔线体系进行了气动弹性模型的风洞试验。通过理论计算和试验研究,将输电塔的响应分解为共振分量与背景分量,并分别考虑了输电线对这两部分分量的影响。针对背景与共振响应各自的特征,进一步提出了塔线体系的简化计算方法:背景分量的计算可以应用准静态假定,采用方差分析法得出;将塔线体系等效为悬吊摆系统,从而简化了共振分量的计算。上述两部分计算结果相叠加,即可得到塔线体系真实的风振响应。     

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。     

大缩尺比气弹模型风洞试验紊流积分尺度修正

风洞试验气弹模型缩尺比常选为1/300~1/800以满足紊流积分尺度相似要求,但一些复杂结构气弹模型实际缩尺比为1/40~1/100以减少模型加工难度及提高模型精度。这类大几何缩尺比造成紊流积分尺度的相似性严重偏离,必须对紊流积分尺度不相似时的风洞试验结果偏差进行修正。基于随机振动理论,推导了考虑1阶基本振型的顺风向风振响应及风振系数计算表达式。通过对一格构式输电塔风振响应分析,研究了顺风向紊流积分尺度Lxu对该结构风振响应的影响。研究结果表明：紊流积分尺度对结构抖振响应有显著影响,对峰值响应及风振系数影响也较大。对于该塔1/40大缩尺气弹模型风洞试验,由紊流积分尺度不相似带来的风振系数试验值的最大偏差可达27%,风振系数平均偏差也接近14%,试验结果偏保守。为便于应用,建议了较为通用的、由紊流积分尺度不相似引起的修正系数,这一修正系数随着结构阻尼比、结构频率与风谱卓越频率的比值（频率比）的增加而减小。     

基于天平测力试验的两种典型大跨越输电塔体型系数研究

选取1 000 k V特高压交流输变电工程线路中大跨越输电塔,通过高频测力天平风洞试验,得到不同风速和风向角下两种典型大跨越输电塔的体型系数,并与相关规范值进行对比。研究结果表明,不同高度的大跨越输电塔体型系数受风速的影响不同;大跨越输电塔的体型系数随风向角的增大呈现先增加后减小的趋势,其最大值发生在15°风向角;大跨越输电塔体型系数实测值比规范值要大,通过高频测力天平风洞试验确定结构的体型系数是更安全的。     

近断层地震下输电塔-线体系振动台试验研究

基于工程实际,结合线弹性相似理论和模型二次缩尺方法,完成了包含两基直线塔和三跨输电线的输电塔-线体系缩尺模型的设计。考虑近断层地震速度脉冲的特征与地震的随机性,选取3条近断层近场地震波,开展了多振动台试验,通过引入不同入射角的位移响应比,探讨了近断层地震波在不同入射角激励下对输电塔-线体系动力响应的影响。研究结果表明,入射角对输电塔-线体系的动力响应有很大的影响;对于不同的地震波,输电塔-线体系对应的最不利入射角有差异;在不同入射角激励下,直线塔侧向位移响应的放大程度远大于纵向,因此对于塔-线体系动力响应需考虑近断层地震波入射角的影响。试验结果可以作为大跨越输电塔-线体系抗震设计的重要参考。