输电线顺风向动张力作用的理论与试验研究

输电线路是典型的风敏感结构。强风作用下输电线大幅抖振响应在其端部产生的顺风向动张力作用,是支撑线路的杆塔结构承载力设计的控制荷载和关键因素。基于大跨柔性索结构的静力与动力学方程,分别推导了输电线平均风偏的非线性静张力响应,以及脉动风作用下动张力响应的时域理论计算方法;再依据风工程理论,给出了顺风向动张力作用的背景分量和模态共振分量的功率谱及均方根的频域解析解。并以典型四分裂输电线路为工程实例,通过开展标准气弹模型风洞试验测试,对前述理论模型进行了分析和校验。研究表明:平均风偏状态对导线的动力特性和顺风向动张力的影响不可忽略,气动阻尼显著导致背景响应所占比重为主,对于共振分量,一阶面外模态响应贡献较大。该文提出的理论模型可以合理精确地评估输电线强风振动张力荷载效应。     

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.     

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.     

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。     

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。     

国内外输电线路设计规范风荷载取值标准的比较

以我国现行电力行业标准DL/T 5154-2002和DL/T 5092-1999关于风荷载的计算规定为基准,对国内外4套有代表性的输电线路设计规范风荷载的取值标准进行了分析比较,初步摸清了国内外规范风荷载标准值差异的定量数据.计算结果表明,我国输电线路铁塔结构的风荷载标准值普遍低于国外规范相同条件下的风荷载标准值,规范...     

General Expression of LRC Method in Estimation of Bridge’s Equivalent Static Wind Load

桥梁等效静力风荷载广义荷载-响应相关法

董锐^1,2,葛耀君²,赵林²,韦建刚^1,3

（1.福州大学 土木工程学院,福州350108;

2.同济大学 土木工程防灾国家重点实验室,上海 200092;

3.福建工程学院 土木工程学院, 福州 350118）

摘 要：

根据荷载和响应之间的关系,结构的等效静力风荷载可采用荷载-响应相关法,即LRC（Load-response correlation）法计算。LRC法是计算结构背景响应等效静力风荷载的精确方法。LRC法经典表达式根据结构某一关键位置处的某一关心响应推导得到,并且具有唯一性。本文根据结构全部位置处的某一关心响应推导得到LRC法广义表达式,并将结构的等效静力风荷载以矩阵的形式表达为荷载-响应相关系数、响应-响应相关系数、脉动风荷载RMS值和峰值因子的乘积。与LRC法广义表达式相比较,经典表达式是广义表达式的一种特例。LRC法广义表达式引入了响应-响应相关系数,为结构工程师计算等效静力风荷载提供了更多的选择,同时对LRC法的本质有了更深入的认识。最后,分别以斜拉桥、三跨连续梁桥和悬索桥为例验证了LRC法广义表达式的正确性。

关键词：桥梁;等效静力风荷载;荷载-响应相关法;背景响应;广义表达式;荷载-响应相关系数;响应-响应相关系数

     

国家体育场多目标等效静风荷载

针对大跨结构的风振响应特点,研究多目标等效静风荷载的分析方法,并采用该方法对国家体育场等效静风荷载进行了研究。该等效静风荷载分析方法的基本过程是：根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。国家体育场的分析结果表明：在所有风向下的风振响应中,背景响应远大于共振响应,其中0°风向和270°风向对结构最为不利;在针对多等效目标的等效静风荷栽作用下,所有关键位置的节点位移响应和支座反力都与实际动力响应极值吻合较好。     

Maxwell粘滞阻尼器耗能结构的风振响应与等效风荷载取值

运用随机平均法,对Maxwell粘滞阻尼器耗能结构的随机风振响应与等效风荷载取值进行了研究．研究通过建立结构运动方程,利用基于随机平均分析完全相同的等效准则,建立了上述阻尼器的等效阻尼计算公式,最后。基于频域法,得出结构设计响应和等效设计风荷载取值的计算公式。并给出了算例．     

高层建筑风响应及等效静态风荷载的研究

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.     

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。     

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.     

基于杆件荷载的角钢输电塔风荷载体型系数计算

介绍JEC总计法和Simon总计法,制作某工程常用角钢输电塔的节段模型,在14%湍流度的均匀湍流场中进行测压风洞试验,获得迎风面和背风面主材、斜材及辅材杆件的风压系数.结果表明：与试验结果相比,JEC总计法中的长细比修正系数取值偏小约15%,背风面杆件风荷载折减系数取值总体偏大约4%;Simon总计法中的背风面杆件风荷载折减系数与试验吻合较好,但迎风面杆件体型系数较试验结果偏小约10%.基于风洞试验结果优化JEC总计法中参数的取值,提出改进总计法,由此计算得到的体型系数与试验结果以及美国规范均吻合良好.     

典型超高层建筑风荷载的风洞试验研究

通过测力风洞试验对典型超高层建筑风荷载的作用机理进行了系统的研究。评估了各风力脉动分量的相关特性,研究了结构顺风向、横风向和扭转基底谱的分布特征,分析了结构三维等效静力风荷载及顺风向风振系数,并与规范结果进行了对比研究。研究成果可为超高层建筑的抗风设计及相关研究提供有用的资料及依据。     

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。     

矩形高层建筑扭转向风振响应简化计算

目的 研究在风荷载作用下计算独立矩形高层建筑扭转风振响应与扭转动力风荷载的经验公式.方法 结合随机振动理论与结构动力学知识,采用频域法建立了矩形高层建筑扭转向风振响应积分计算方法.进而通过必要的假定,将复杂的积分计算公式简化为简单的代数运算公式.为了减小在公式简化过程中采用的假定带来的误差,引入了误差调整系数.并通过对不同地貌条件下各种长宽比、高宽比和频率的建筑物的误差调整系数的分析.得到了结构的误差调整系数随各参数的变化规律,最后采用最小二乘法拟合得到了误差调整系数的公式.结果 得到了矩形高层建筑扭转向风振响应计算的经验公式.结论 由经验公式计算得到的结构响应与由积分方法计算得到的响应很接近,总体的相对误差基本上在5%以内.说明简化经验公式有较高的精确度.     

抗风结构疲劳损伤分析

本文对风荷载作用下结构的疲劳损伤进行了分析,对风荷载作用下广义单自由度体系顺风向反应谱进行了计算比较,提出了基于等效窄带过程法的抗风结构疲劳损伤计算方法,并用数值模拟法进行了计算比较,结果表明本文的方法是可行的。     

单杆输电塔气弹模型风洞试验研究和理论分析

针对高耸单杆输电塔结构风致响应较大的特点,进行了气动弹性模型的风洞试验,以研究在不同风速下的气动响应.模型分不挂导线和挂导线两种情况,分别测定了在模拟紊流流场中的顺风向和横风向振动响应,以及在均匀流场中的气动系数,在此基础上得到的最大加速度、最大位移、横风向与顺风向响应的比例以及导线的阻尼作用大小等数据,可作为结构设计的依据.此外,在时域内用三角级数叠加法和Newmark法,在频域内用功率谱积分法,分别对该结构的风致响应进行了理论分析和计算,将计算结果与试验结果进行了比较分析,验证了试验的正确性.     

风载荷对导线爆破除冰响应特性的影响

为了研究风载荷对导线爆破除冰的响应特性,进行了输电线路爆破除冰试验,并建立了试验线路的有限元模型,通过有限元软件模拟获得了作用于覆冰导线的风载荷和爆炸冲击载荷,用ABAQUS对试验工况进行了模拟验证.进一步对重冰区覆冰导线在不同风速条件下爆破除冰动力响应进行了仿真分析,得到了输电线路在风载荷和爆炸冲击载荷共同作用下导线...     

风荷载作用下多分裂输电导线非线性响应研究

开展了风荷载作用下多分裂输电导线非线性响应研究,建立了分裂导线的多节点索单元模型,在此基础上基于非线性有限元理论,建立了分裂导线的非线性力学模型,得到了分裂导线的刚度矩阵与受力平衡方程。采用Newton-Raphson法对分裂导线的受力平衡方程进行求解,在非线性迭代过程中建立了位移收敛准则。以沿海地区某实际分裂导线为工程对象,研究了风荷载作用下的分裂导线非线性风致响应。结果表明:分裂导线的风致响应与单导线存在一定差别,其风致响应更加显著。