下击暴流作用下双柱悬索拉线塔—线体系风振响应研究

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下击暴流是一种高空气流下冲撞击地面产生的具有一定持时的局地强风。近年来,国内外有关下击暴流引起的输电塔倒塌事故的报道屡见不鲜,下击暴流给国民经济及生活带来了极大的灾害。本文依托我国“西电东送”主要输电线路——±800kV新疆哈密至郑州直流输电工程,加之在西部荒漠地区,是下击暴流等强风易发地带。此外,由于所选的输电线路为双柱悬索拉线塔线体系,国内有关下击暴流作用下的双柱悬索拉线塔线体系风振响应研究相对较少,因此有必要深入开展下击暴流作用下的风振分析。总结下击暴流的风速解析模型,给出风速合成的数值模拟方法,然后对双柱悬索拉线塔线体系进行有限元建模,进行下击暴流作用下的时域分析,接着改变下击暴流的相关参数,研究不同参数的影响规律。本文的研究工作包括以下几个方面:(1)根据现有下击暴流相关理论,归纳总结不同的解析模型及脉动风速的模拟方法。利用矢量合成的经典方法对下击暴流的平均成分进行模拟,不仅考虑下击暴流的移动速度,而且考虑了风向角随时间的变化,总结出相应的规律;在时变平均风速基础上,利用谐波合成法对下击暴流非平稳脉动成分进行模拟,最终得到完整的下击暴流风速时程;当风速模拟点很多导致谐波合成法出现不正定无法进行Cholesky分解时,可以采用POD分解代替,不过效率偏低。(2)对下击暴流作用下的双柱悬索拉线塔线体系的风振响应进行了研究。首先,模拟作用在双柱悬索拉线塔线体系的下击暴流风荷载,在ANSYS中建立塔线体系的有限元模型,采用时域方法进行风振响应分析;主要对双柱悬索拉线塔线体系的拉线拉力响应、立柱支座反力响应和塔顶位移、加速度响应规律进行研究,并研究了下击暴流脉动成分对于塔线体系风振响应的贡献。(3)通过改变下击暴流相关的竖向尺度参数和径向尺度参数,如最大风速半径、风暴移动速度、输电塔与风暴中心之间的竖向距离,研究不同参数的下击暴流风荷载对双柱悬索拉线塔线体系的风振响应规律;提出了适用于拉线塔线体系的下击暴流脉动成分动力放大系数,基于概率统计的理论,通过统计多个响应时程样本计算得出塔顶位移放大系数和拉线拉力动力放大系数。最后,在本文的总结工作中,提出了有关下击暴流的数值模拟及双柱悬索拉线塔线体系的风振响应进一步研究工作的展望。
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