输电塔风致响应和等效风荷载的理论与试验研究

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输电塔线体系是重要的生命线工程,近年来随着电力行业的发展,输电塔被大量兴建。输电塔对风荷载很敏感,风荷载往往是输电塔的控制荷载,因此对输电塔的风致响应和等效风荷载进行研究具有重要意义。   本文以典型的输电塔为例,首先对其进行理论计算分析。基于准定常假设,采用时域法和频域法计算输电塔的顺风向风致响应,比较采用不同方法时的时域和频域计算结果。采用GLF法、模态分解法和LRC法加惯性力方法计算输电塔的顺风向等效风荷载。然后对某长塔臂输电塔进行高频动态天平(HFFB)试验,基于HFFB试验数据计算三个方向的风致响应,并提出作用于输电塔各节点上的三维等效风荷载计算理论和方法,最后将基于该等效风荷载的响应结果与基于准定常假设等效风荷载的结果以及规范的计算结果进行比较。   通过以上分析可知,在风速时程模拟方法,利用谐波叠加法(WAWS)和自回归(AR)法均可以模拟风场,根据模拟出的风速时程进行风振分析可以得到一致的响应结果,其中WAWS基于本征正交分解(POD)法的计算效率最高,算法稳定,推荐使用。在频域内,采用平方和开方(SRSS)法、完全二项式(CQC)法及背景加共振法计算输电塔顺风向风致响应时,SRSS法的计算结果与CQC法有一定的差异,说明模态交叉项的贡献不可忽略。基于HFFB试验数据可以计算得到输电塔的顺风向、横风向及扭转向响应,试验得到的顺风向响应与理论计算比偏大。同时,基于分段估计法得到的三维风荷载功率谱,计算得到输电塔基于节点集中力的三维等效风荷载,与规范计算结果比较发现本文方法的结果偏大,说明应考虑三个方向的等效风荷载。
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