输电线路等效静力风荷载与调整系数计算方法

为了获得更合理的输电线路设计风荷载,以导线在自重和平均风荷载作用下的静力平衡构型和几何刚度作为计算的初始条件,将导线在脉动风荷载作用下的响应近似视为线性,考虑平均响应和背景响应分量的组合,提出多跨输电导线单目标和多目标等效静力风荷载的计算方法.以某500kV三跨耐张段为研究对象,分别以导线关键位置的顺风向位移和悬垂绝缘子串挂点顺风向反力为等效目标,讨论荷载-响应相关法(LRC)、阵风荷载包络线法(GLE)、多目标等效方法在导线等效静力风荷载计算中的适用性.计算导线的风荷载调整系数,并与我国规范取值进行对比.结果表明,GLE法可用于多跨输电线路的等效静力风荷载计算;规范对风荷载调整系数的取值不尽合理.     

强风作用下输电杆塔损伤破坏特点研究

研究了强风作用下输电杆塔风致响应特点及其破坏特征。建立了输电塔线体系的强风荷载模型和风荷载模拟方法。随后建立了输电杆塔分析模型和输电线的非线性有限元模型。进一步的组集形成了输电塔线体系有限元模型,并建立了输电塔线体系在风荷载作用下的运动方程。以某实际输电线路为工程背景,研究了输电杆塔的风致响应特点。设计建造了输电塔线体系气弹模型,开展了输电塔线体系抗风性能风洞试验,研究了杆塔风致损伤破坏特点。结果表明:输电杆塔是风敏感结构,在强台风作用下其容易发生承载力不足的损伤破坏,破坏位置一般位于杆塔中下部区域。     

大跨度屋盖结构等效静风荷载分析方法及应用

将大跨度屋盖结构等效静风荷载分为平均分量、背景分量和共振分量3个部分.以荷载响应相关系数法为基础,结合本征正交分解法,用脉动风荷载的本征模态表示等效静风荷载的背景分量,用主导振型的惯性力表示等效静风荷载的共振分量.进一步提出2个重要指标,选择最主要的本征模态和结构振型表示等效静风荷载,建立荷载模态、结构振型和等效静风荷载之间的联系.将该方法用于一单层球面网壳,计算结果验证了该方法的可靠性.     

基于有限元法的输电线风荷载分析

由于输电线的风载荷易造成输电线及杆塔的损坏,严重影响电力电网的正常运行,输电线的风载荷分析是对自然的随机风场引起的随机风力,采用一种适用而有效的顺风向荷载模拟方法进行描述。在输电线舞动的计算机仿真过程中,采用有限个梁单元模拟输电导线状态,利用最小位能原理推导出有限元方程,结合计算实例运用AN-SYS进行模态和谐响应分析,为今后线路的优化设计提供依据。     

输电线路跳线风偏响应分析及手册计算方法修正

为降低输电线路跳线风偏带来的安全隐患,保证电力传输安全,需要准确估计其风偏动力响应。现有《电力工程高压送电线路设计手册》中的跳线风偏计算方法忽略了风荷载的脉动放大效应,以此设计的线路可能偏不安全。通过建立某高压输电线路有限元耦联模型,采用非线性有限元方法计算了直引、绕引跳线的风偏响应,并与手册计算方法进行了对比分析,指出了手册计算方法的不足。在此基础上,采用等效静力风荷载代替跳线水平风载,通过引入风荷载调整系数β_c来考虑风载的脉动放大效应,对手册计算方法进行了修正。研究结果表明:手册计算方法忽略了脉动风荷载放大效应,会严重低估跳线风偏响应,与有限元仿真结果对比最大误差约37%;修正方法计算得到的跳线风偏响应与有限元结果非常接近。本文提出的修正方法可用于精细化估算跳线风偏响应。     

等效静力风荷载背景和共振之间的耦合效应

在结构动力学和随机振动理论基础上,推导出结构脉动风总响应的实际理论组合公式,首次定义了耦合恢复力协方差矩阵这一参数,提出用于补偿背景和共振分量之间耦合项的一致耦合方法（CCM）来求解结构的总风致响应,并赋予等效静风荷载背景和共振耦合项以明确的物理含义。以某大跨屋盖结构为例,采用CCM法进行风致响应和等效静风荷载计算,通过与全模态完全二次型组合（CQC）计算结果进行对比分析,深入揭示了背景和共振耦合项的作用机理,验证了本文方法的高精度和有效性,为此类结构风致响应和等效静风荷载的精确求解和机理研究提供新的思路。     

极限强风荷载作用下输电杆塔节点承载力研究

研究了极端强风荷载作用下输电杆塔连接节点的承载力特性。首先基于非线性有限元理论建立了输电塔线体系的分析模型,随后采用随机模拟方法建立了输电塔线体系强风荷载模型和荷载模拟方法及输电塔线体系风致响应的分析方法。进一步地建立了输电杆塔连接节点的精细化有限元模型及其承载力的非线性分析方法和非线性迭代收敛准则。以南方沿海地区某实际输电线路为工程背景,研究了极端强风荷载作用下杆塔节点的承载力特性。结果表明:极端强风荷载作用下输电塔发生损伤破坏,此时连接节点处也进入塑性,其承载力也表现出了非线性特点。     

典型覆冰导线脉动气动力特性及风偏响应

为了研究冰风工况下导线的风偏响应特性,通过刚性模型高频天平测力风洞试验,测定D形和新月形覆冰导线气动力的平均值和脉动值,获得两类覆冰导线的气动力系数随风攻角的变化规律,验证了覆冰导线顺风向脉动风荷载的准定常假定.利用频域计算方法,研究两类覆冰导线的风偏特性.从覆冰导线气动力和风偏特性两方面对我国规范相关规定的合理性进行研究.结果表明,覆冰导线气动力受覆冰形状和风攻角的影响很大;D形覆冰导线在某些风攻角工况下的风偏响应接近大风工况下的裸导线;我国现行输电线路设计规范忽略覆冰形状和风攻角等因素对导线气动力的影响,对导线的阻力系数取单一值,这种规定不尽合理;采用规范风荷载计算得到的覆冰导线风偏响应在大多数工况下偏小.     

单层球面网壳的风振响应特性

为研究大跨度单层球面网壳风振响应特性,通过同步测压风洞试验获取风荷载信息,将风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,其中背景响应采用影响线的方法计算,共振响应采用Ritz-POD法计算.分析过程中,着重对结构自振特性、风振响应中位移和内力的背景响应谱和共振响应谱特征、振型参与特性、以及各响应分量的分布规律进行了研究.结果表明:风振响应明显呈现多阶振型参与振动的特点,且存在高阶振型对脉动风响应贡献最大的现象,结构自振频率分布正好在这一振型处发生明显跳跃;在研究的范围内,脉动风响应大于平均风响应,而且在脉动风响应中,共振响应占主导地位,背景响应所占比例较小.     

求解建筑结构风致抖振问题的方法分析

求解建筑结构风致抖振问题有两种方法:一是新近发展的基于背景和共振分量的Holmes方法，二是传统的适用于求解动力问题的模态迭加法.为分析这两种方法内在的联系和区别，从方法原理和计算过程角度，相互对照两者在求解风致响应和等效风荷载时对背景和共振分量的具体计算方法，并通过主次梁体系屋盖的实例进行对比研究.实例分析发现，对于风致响应，两种方法得到的结果一致，但对于不同的响应类型，模态迭加法需考虑不同的模态阶数；对于等效风荷载，模态迭加法得到的结果是Holmes方法结果的逼近和近似，当模态迭加法采用的模态阶数越高时，两种方法结果之间的差异就越小.     

风荷载作用下LNG储罐混凝土外罐力学性能分析

为获得大型全容式LNG储罐混凝土外罐在风荷载作用下的响应特性,以有限元软件ANSYS为分析平台,针对一160 000 m3LNG储罐实际工程建立了静力风荷载及顺风向脉动风荷载作用下的精细化有限元模型.通过对比国外学者提出的傅里叶解析式表达圆柱体表面的风压分布和中国《建筑结构荷载规范》给出的旋转壳体周向体型系数,以及中美规范关于风压高度变化系数的规定,表明中国《建筑结构荷载规范》确定风压分布对结构影响更为不利;对比了不同风向下储罐外罐的内力及变形模拟结果,获得了各风向对储罐响应的影响程度及规律;采用拟定常假设,来流风速谱取Davenport谱,储罐外罐的风振响应分析结果表明:顺风脉动风荷载作用下,结构的位移及环向应力的变化趋势与静力风荷载作用下相近,但应力及位移的极值响应结果约为静力风荷载作用2倍;与静力荷载下储罐结构的响应结果对比表明,静力风荷载及顺风向脉动风荷载对LNG储罐混凝土外罐的受力及变形影响皆不大.     

下击暴流作用下输电导线的动力响应研究

通过采用Oseguera模型,建立下击暴流的风速模型,同时建立基于三节点索单元的输电导线非线性有限元分析模型。在此基础上以某实际大垂度输电导线为工程背景,采用Newmark-β法研究了输电导线的下击暴流风致响应的的特点和规律。结果表明:在下击暴流风荷载作用下输电导线的动力响应非常显著,输电导线的下击暴流风致效应主要由纵向风荷载控制,其纵向荷载作用所引起的结构动力响应占据了结构总响应的绝大部分。     

大跨度大型复杂体型网架结构的风效应分析

以世界上最大的网架结构——深圳市民中心屋顶网架结构为工程背景，详细探讨了此类结构的在风荷载作用下的风效应。对于这种自振频率密集型的结构用随机振动理论分析其在脉动风荷载下的动力响应时，不仅要考虑选择主导模态振型，而且不能忽略交叉项的影响。     

风荷载对输电线塔-高边坡体系的动力影响

以输电线塔-高边坡为主要研究对象,考虑输电线塔振动作用,研究边坡在风荷载引起的输电线塔振动作用下的动力影响。利用MATLAB软件对作用在输电塔线体系上的顺风向风荷载进行数值模拟,得到脉动风时程曲线,加载到建立的输电线塔-高边坡体系上,进行体系的有限元分析。以广贺高速公路某路堑高边坡为实例,通过有限元软件ANSYS模拟计算,分析了风载对边坡以及开挖过程中的边坡的影响,以此说明在边坡的稳定分析设计中,考虑风荷载的重要性。     

台风“麦莎”作用下输电塔风荷载反演

由于输电塔结构外部作用实时测量难度大、数据精度低,可以根据现场测量结构动力特性,以实测动力响应来反演结构的动态荷载。本文利用某输电塔在台风"麦莎"作用下塔线耦联体系的现场风振实测结果,采用基于缩聚串联多自由度模型的荷载反演方法,反演得到输电塔在台风作用下的风荷载分布和地线、导线的动张力时程。     

基于多维极值分布的风雨荷载下输电线路风偏放电概率分析

大风天气下通常伴随着降雨,强风雨荷载的冲击会对输电线路可靠性产生不利影响,导致风偏放电事故,对电力企业及用户侧造成重大损失.提出一种基于风速、风向和雨强三维联合分布模型的输电线路风偏放电概率预测模型.首先,以极值风速、极值雨强及其风向角为变量刻画风速、雨强、风向的分布特性,然后,考虑风速、雨强、风向的概率相关性,采用Archimedean Copulas函数建立多维联合概率分布,以此为基础得到输电线路风偏放电的实时概率预测模型.最后,通过Matlab编程实现该预测模型,并通过实例数据验证该输电线路风偏放电概率预测模型的合理性和有效性.     

输电线路中杆线结构的抗风监测技术

针对华南沿海地区输电线路经常遭受台风威胁这一事实,对10 kV输电线路中典型水泥杆线结构抗风监测技术开展了研究。首先,建立适用于杆线结构的抗风监测系统。接着,提出监测系统中的预警值确定方法,并建立杆线整体有限元动力模型,采用风一杆流固耦合模型将风速转化为风荷载,将风荷载作用于模型中确定风速预警值。最后,通过实际工程运用结果验证了提出的杆线结构抗风监测技术的正确性。通过研究表明:风对导线表面的作用力是不均匀的,通过风一导线流固耦合模型可以准确地将风速转化为导线上的风荷载;将风荷载作用于杆线整体有限元模型中得到的结构响应能够准确的反映结构的实际受力状态,可用于风速预警值的确定;提出的输电线路中杆线抗风监测系统得到了实际工程验证,可推广运用。     

高压输电塔的断线分析和断线张力计算

针对高压输电塔的断线张力问题采用有限元方法（FEM）进行分析,建立输电塔、输电线以及地面的有限元模型.利用单元生死方法来模拟输电线的突然断裂,采用摩擦和接触来模拟跌落导线与地面的作用,获得输电塔线体系的断线响应和断线张力,并将断线张力结果与规范、文献中的方法进行比较.分析发现,当紧靠断线档的绝缘子摆幅达到最大时,输电线路的各种响应如绝缘子轴力、输电塔的顺线向剪力等几乎同时达到峰值.在只考虑静力作用的情况下,规范的断线张力数据大于有限元计算结果,基于曲线法的数据和计算结果非常接近;若考虑断线的动力冲击作用,则规范和曲线法的数据均比有限元结果小很多.     

输电线风荷载风振系数的数值计算与规范比较

以工程实际线路为对象,基于准定常气动力假设,通过输电线路结构的流固耦合非线性有限元动力数值模拟,获得考虑气动阻尼的实际线路风振响应。着重分析了不同绝缘子类型导线的不同跨度、不同风速下的风荷载的风振系数。将之与国际典型规范的风振系数取值进行比较和分析。研究为我国高压输电线路抗风设计规范的合理修订提供一些客观的参考和借鉴。     

弹性预张及复合阻尼系统防治导线风偏及振动

风载作用于导线,易造成导线风偏和振动,危及输电线路安全。此文提出的弹性预张及复合阻尼系统是一种直接加挂在导线上的设备,通过改变导线的安装状态、张力特点,利用阻尼和缓冲吸收冲击和振动能量,从风偏缓释导线长度和及时吸收风载能量两方面来防治导线风偏及振动,大范围降低风载对输电线路的危害。