输电塔角钢杆件阻力系数及背风面遮挡效应研究

统计分析104个塔身和20个横担节段的几何参数,确定输电铁塔杆件所在平面与铅垂面夹角β的分布范围为0°～15°。基于三维空间风向角下输电铁塔角钢杆件足尺模型风洞试验,获得夹角β=0°～15°(间隔1°)、风向角θ=0°～180°时(间隔5°)的热轧、冷弯单角钢及双拼角钢的风荷载阻力系数,建立输电铁塔角钢风荷载阻力系数数据库及考虑夹角β的修正方法。输电铁塔杆件间距比B/b的分布为7～70,通过风洞试验和CFD仿真分析,确定输电铁塔角钢杆件间距比B/b对背风面杆件风荷载遮挡效应的影响,提出单角钢、双拼角钢背风面风荷载降低系数ηm与间距比B/b的关系曲线。研究结果以期为基于单根杆件阻力系数的输电铁塔及其他高耸桁架结构的风荷载精细化计算提供参考和依据。     

特高压多回路钢管塔体型系数风洞试验研究

输电线路杆塔是一类典型的风敏感结构,准确估计输电塔上的风荷载显得尤为重要。体型系数是计算输电塔风荷载的重要参数,通过应用高频测力天平技术,以某1 000 k V输电线路为工程背景,设计制作了塔身和横担的刚性节段模型并进行了风洞试验,得到了作用在塔身和横担上的风荷载体型系数,并将试验结果与国内外相应的荷载设计标准进行比较,研究了角度风荷载的分配问题。研究结果表明:15°和75°是输电塔塔身的最不利风向角; 85°～90°是横担的最不利风向角。试验得到的塔身的体型系数比相应的荷载设计标准给出的值小,横担的试验值与国外相应的荷载设计标准值较接近,但比我国的大。因此,建议我国相应的荷载设计标准在计算角度风荷载时,适当放大横担的体型系数,并重新考虑最不利风向角的选取。     

钢管-角钢组合输电铁塔塔身风洞试验研究

通过对典型钢管-角钢组合塔身在15,20 m/s来流风速下的风洞试验,得到了11个风向角下塔身的风轴阻力系数,分析了钢管-角钢组合塔身角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数,并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。将试验确定的钢管-角钢塔身角度风荷载计算参数与国内外相关规范值进行了对比分析,提出了钢管-角钢组合塔身角度风系数和荷载分配系数的取值建议。风向角为30°时的钢管-角钢组合塔身风荷载最大,且角度风系数关于45°风向角对称。横线向分配系数和顺线向分配系数的试验曲线与国内外相关规范规定曲线的趋势基本一致,分别在风向角为20°和70°时达到最大值。     

钢管输电塔塔身及横担角度风分配系数研究

为研究全方位风作用下不同密实度和宽高比的塔身和横担角度风分配系数。文中以塔身和横担模型进行高频天平测力风洞试验并给出推荐值为设计提供依据。结果表明塔身角度风分配系数规范值在75°风向角下较试验值偏小,在45°风向角下偏大。横担方向角度风分配系数nx与密实度和宽高比相关度较大,为相关研究提供参考。     

角度风作用下角钢输电塔头风荷载风洞试验研究

对±1 000 kV准东-华东特高压直流输电线路角钢塔的塔头模型进行了风洞试验,利用高频测力天平技术研究了塔头模型在角度风作用下的气动力特性。通过逐个拆除横担的方法（间接测量法）,分别获得了塔头左右两个横担的气动力系数、角度风系数和荷载分配系数。结果表明：角度风作用下横担阻力系数的最不利风向角为10°,升力系数最不利风向角为30°;塔头左右两个横担的角度风系数在0°～75°风向角范围内比较接近,但在75°～90°风向角下处于下游横担的角度风系数明显小于处于上游横担的角度风系数;荷载分配系数不宜直接通过将角度风系数按风向角分解得到,横向升力的影响不可忽略;根据试验结果给出了角度风系数的拟合公式,可为实际工程设计提供依据。     

精细化风荷载作用模式下输电塔的动力响应研究

为研究精细化风荷载作用下输电塔的动力响应特性,采用高频天平测力试验获得横担和塔身及其主要杆件的体型系数,采用节点集中加载和均布加载两种风荷载作用模式,计算了高压输电塔在不同加载模式下的风致动力响应以及风振系数,并与规范结果进行对比分析。研究表明:相比试验结果,规范建议的体型系数偏低,由此得到的结构位移、加速度和杆件内力响应均偏小,但按规范方法得到的风振系数偏大;与节点集中加载方式相比,均布加载模式下塔身的总体位移和加速度响应基本不变,横担的位移和加速度响应略有增加;横担主杆、腹杆和塔身斜撑的截面最大应力均有不同程度的明显增加,而塔身主杆的截面最大正应力变化不显著。风荷载加载模式对横担的内力响应影响较大,但对塔身主杆的内力和整塔的风振系数影响较小。     

不同长宽比高层建筑沿高度分布的风荷载

针对7种长宽比高层建筑进行刚性模型测压风洞试验,研究层阻力系数和层体型系数沿高度的分布特征,拟合获得层阻力系数和角度风分配系数公式,给出高层建筑x和y方向风荷载的计算公式,最后与各国规范的风荷载进行对比。研究表明迎风面的层阻力系数沿高度呈7字形分布,最大值出现在0.81～0.93建筑物高度;建筑顶部的层阻力系数较小,主要是受三维流效应影响;提出不考虑风振的矩形截面高层建筑风荷载沿高度分布的计算公式,该公式考虑了风向角、长宽比和地貌的影响,通过2520组试验数据验证了公式的有效性;各国规范迎风面风荷载沿高度呈指数或者对数变化,风洞试验值在顶部风荷载较小;背风面风荷载除GB规范呈指数分布以外,其他各国规范均沿高度不变,试验值沿高度基本不变;GB、ASCE和AIJ规范的整体风荷载和试验值比较接近,NBCC规范数值略小,而EN规范数值较大。     

考虑气动阻尼的窄基塔风振系数分布规律研究

为研究考虑流固耦合影响时窄基角钢塔风振系数分布规律,选取一直线塔为研究对象。通过引入气动阻尼以考虑流固耦合的影响,采用时程分析法、《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的方法和频域分析法计算0°和90°风向角的风振系数,对比采用不同方法时考虑与不考虑气动阻尼的结果以确定规律。经分析可得出结论：(1)气动阻尼对窄基塔风振系数的影响不可忽略,且随高度增加而更加显著;(2)呼高范围内输电塔风振系数沿高度近似线性变化,呼高以上部在横担和地线支架处发生突变,大于同高度塔身处的数值,《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的方法得出的结果不能反映该特点;(3)时程分析法和频域分析法求得0°和90°方向风振系数具有相似的分布规律,时程分析法的风振系数整体加权值小于频域分析法的结果,0°风向角的风振系数整体加权值大于90°风向角的结果。     

输电塔塔头平均风荷载的CFD模拟

为了得到典型输电塔塔头的风荷载系数,为抗风分析提供依据,采用CFD方法对其不同风向角时的平均风荷栽进行模拟,并进行对比分析.结果表明:风向角为0°时,输电塔塔头、横担等的顺风向风荷载系数CY与方形格构塔身的顺风向风荷栽系数CY基本相等;风向角为90°时,上游部分风荷载Cx明显比下游部分大,有显著的遮挡效应;当风向与线路...     

典型平面角钢桁架静风力风洞试验研究

平面桁架是构成空间桁架的基础,广泛地用于房屋建筑、桥梁、起重机、钢塔等工程结构中。以4种典型单片角钢桁架为研究对象,通过高频动态天平测力风洞试验,研究了风速、风向、杆件布置形式和挡风系数等参数对平面角钢桁架静风力的影响。研究结果表明：平面桁架垂直迎风(0°风向)时,阻力系数值最大,约为1.8;升力系数极值为-1.0,出现在25°风向,与同风向下阻力系数值比较,升力系数的影响不能忽略。风速的变化、杆件布置形式和结构挡风系数对研究的四种典型平面桁架(挡风系数Ф∈［0.21, 0.52］)风力系数影响较小。平面桁架的静力折算高度约为总高度的一半,风向、杆件分布形式和挡风系数等参数对折算高度的影响可以忽略。此外,常用规范中并未考虑平面角钢桁架风力系数随风向的变化,为此,基于试验结果,构建了平面桁架角度风系数公式,并对参数进行了拟合,二者吻合较好。     

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。     

±800kV同塔双回输电线路十字组合角钢塔设计

针对河西走廊通道较为拥挤的区域,对±800 k V同塔双回输电铁塔的荷载取值及结构设计进行分析。±800 k V同塔双回输电铁塔SJ30102的设计采用十字组合角钢的相关研究成果,包括填板布置形式、主斜材新型连接形式、稳定承载力计算方法、填板及螺栓计算方法等。结果表明:随机振动理论计算的横担风振系数不一定大于相应高度处塔身风振系数,风振系数的大小取决于分段质量与迎风面积的比值;采用一字分离式填板塔较采用十字分离式或采用十字焊接式填板塔轻约3%。SJ30102真型塔的7个试验工况验证了十字组合角钢相关研究成果的合理性和可靠性。     

钢管输电塔平均风荷载数值模拟

基于fluent 6.2软件平台,利用RNG k-ε湍流模型,对猫头形钢管塔的平均风荷载进行数值模拟,考虑风向角的变化,每隔15°模拟一次,得到了输电塔各风向角的平均风压系数,并进行了分析.结果表明:风压系数随风向角变化而变化,当风向垂直于导线平面方向时,塔头的平均风压明显小于风向平行导线平面方向时的平均风压,塔身平均风压则随风向变化不大,塔头、塔身各风向的扭矩均较小.阻力系数CD的最不利风向角为15°,Cx ,Cy的最不利风向角分别为15°和75°,扭矩系数CT的最不利风向角为30°.     

±1100kV输电塔风振响应及风振系数研究

随着电力行业的发展,特高压输电成为越发重要的输电方式,但由于设计不合理等原因引起的风致倒塔事故频繁发生,输电塔抗风设计日益重要。本文以准东-华东±1100kV输电线路工程为背景,采用有限元方法对37m/s大风区典型长横担单回路输电塔结构进行风振响应分析,研究不同风速、风向和结构形式下此类输电塔的风振响应,探讨风速、风向和塔型对输电塔风振系数的影响,分析得到输电塔塔身及横担的风振系数,与相关规范值进行比较,给出1100kV直流线路工程设计中风振系数的取值建议。     

基于风洞试验的苏通大跨越输电塔风振系数研究

苏通大跨越输电塔的结构形式有别于普通的钢结构杆塔,其塔身下部结构采用钢管混凝土、上部结构采用钢管,质量突变大,主要受风荷载控制,并且塔高超出GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》的梯度风高度限制。为此,采用气动弹性模型和刚性模型的边界层风洞试验确定苏通大跨越输电塔的风致响应和气动力,基于试验数据计算不同风向角下的惯性力风振系数、位移风振系数和有效荷载风振系数,并进行对比。并通过有限元分析梯度风高度对惯性力风振系数的影响,同时将有限元分析得到的风振系数分布和加权值与DL/T 5154的风振系数规定作比较。结果表明：上述3种风振系数分布规律并不相同,由其分别确定的等效位移接近于试验值;考虑梯度风高度后,风振系数变小,分布形状影响小;苏通大跨越输电塔的惯性力风振系数加权值小于1.6,且风振系数由下到上不是单调增大。     

圆钢输电塔架的风荷载体型系数研究

为了研究圆钢输电塔架在风荷载作用下的体型系数取值问题,在B类地貌中进行4个塔架模型的天平测力风洞试验,计算塔架在X和Y方向的体型系数,探讨体型系数随风向角的分布特征,并将试验结果与国内外规范进行比较。研究发现,圆钢塔架X和Y方向的体型系数均在正迎风偏15°风向上达到最大值;试验获得的体型系数与IEC60826、ASCE/SEI规范数据最接近,比GB50009、DL/T5154和BS8100规范数据大,比ASCE74和RLB-AIJ规范数据小。     

500 kV鼓型高压输电塔的稳定性分析和加固

输电塔的局部失稳是导致输电铁塔倒塌的重要原因。通过将风速转换为风压并施加于按实际等比例建立的ANSYS有限元模型中,并考虑二次应力影响和角钢朝向问题。根据屈曲系数分析输电铁塔的稳定性。研究结果表明:随着输电塔结构构件加固程度的增加,屈曲荷载因子逐渐增大,屈曲位置也逐步上移;当干字型输电塔下横担塔身部位加固完成后,屈曲位置上移至横担部位腹杆处。T字型比十字型和Z字型加固方式屈曲荷载因子分别提升了约39%和25%,可有效提升线路安全运行能力。     

气动外形对高层建筑风荷载的影响研究

针对我国现行建筑结构荷载规范规定的削角和凹角两种角沿修正形式,进行了7种截面形式高层建筑模型的风洞测压试验。定义角沿修正比为单个角沿沿主轴方向投影长度与全截面在同一方向投影长度之比,分析了角沿修正比对建筑风荷载的影响。试验结果表明:截面采用角沿修正是减小矩形截面建筑顺风向和横风向风荷载的有效方式;截面采用角沿修正比为10%的凹角修正时,建筑顺风向风力系数平均值和均方根值降低最多;截面采用角沿修正比为20%的凹角修正时,横风向风力系数均方根值降低最多;从频域来看,角沿修正对顺风向风力功率谱影响不大,而随着角沿修正比的增大,横风向风力功率谱谱峰对应的折算频率将向高频部分移动。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。     

玻璃纤维增强复合材料输电桁架塔结构静力性能试验研究

为探究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)输电桁架塔的结构整体受力性能,对1个采用GFRP的220 k V输电桁架塔足尺模型开展试验。该输电桁架塔高8.75 m,由高1.25 m的钢质地线支架和高7.5 m的GFRP塔身以及GFRP横担组成。通过钢丝绳和反力墙对桁架塔进行加载,模拟该结构在3种不同设计荷载工况作用下的受力情况。试验结果表明:GFRP桁架塔在各荷载工况作用下产生了较大的弹性变形,而结构中各杆件的应力值均较小,在最不利荷载工况作用下的最大应力远低于材料的强度设计值。这表明,GFRP输电桁架塔的整体受力性能良好,可以满足输电工程的设计使用要求。