1000kv特高压输电铁塔风振响应及风洞试验研究

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1、第28卷增刊2008年9月防灾减灾工程学报JournalofDisasterPreventionandMitigationEngineeringV01．28Suppl．Sep．20081000kV特高压输电铁塔风振响应及风洞试验研究’李正良1，肖正直1，郑怀清2，晏致涛1，韩枫1(1．重庆大学土木工程学院。重庆400030；2．国家电网公司建设分公司，北京100088)摘要：以建设中的晋东南一南阳一荆门1000kV特高压输电线路工程为背景，针对输电铁塔风致响应较复杂的特点，进行了气弹模型风洞试验

2、。输电塔气弹模型采用刚性节段加“V”型弹簧片法设计，能很好地满足设计要求。通过对实验结果的分析，获得了铁塔的气动力系数和风振响应等数据。采用抖振响应的CQC法，分析了输电铁塔的顺风向风振响应，结果表明，振动模态的相互耦合效应不可忽略。关键词：特高压输电铁塔；风洞试验；CQC法；风振响应；气弹模型；抖振响应中图分类号：TU311．3文献标识码：A文章编号：1672—2132(2008)增刊一0058—050引言t000kV特高压输电铁塔是极其重要的生命线工程，是一种柔性的高耸结构，风荷载是其主要的

3、动力荷载。动力风效应分析的正确性和精度，直接影响到结构的安全与合理[I]。对特高压输电塔风致振动研究，实际上是对输电塔在各种风荷载下的抗风性能的研究，近年来诸多研究者都进行了输电塔在风荷载作用下的动力特性的分析与试验，并取得了一定的成果。Hiroshi[z]给出了一种500kV架空输电线路铁塔模型的风洞试验结果，认为风偏角60。时，塔体上的组合风荷载达到最大值，即此为最不利风偏角。MomomuraC3]对全尺寸输电塔的风致振动特性进行了实测。HarikrishnaE4J研究了格构式塔架风荷载作用

4、下的阵风系数。邓洪洲[s-7J以江阴大跨越输电塔为工程背景，通过输电塔线体系气动弹性模型的风洞试验研究了塔线体系的风振响应和风振控制。楼文娟等针对高耸格构式塔架[8]和单杆输电塔[91进行了风洞试验，分别研究了挂导线和不挂导线条件下的风振响应和风振系数。黄斌等[1o]根据风载作用下导线传给输电塔荷载的特性，利用随机参数结构受随机激励的模型，计算了输电塔脉动位移的统计值。李黎等[11]建立了输电塔线体系数值分析模型，能较准确地反映输电塔线体系的耦联振动效应。由于无法在理论上完善地解决输电塔的风振响

5、应问题，因此通过气动弹性模型风洞试验测定风致振动响应和气动参数，仍是目前较为经济和有效的研究手段。本文以建设中的晋东南一南阳一荆门1000kV特高压输电线路工程为背景，基于风洞试验的非定常风荷载对输电铁塔结构进行了风致响应研究，对特高压输电铁塔的风致响应规律进行了较为细致的分析。输电铁塔(ZM)，塔总高76．74m，呼高51．0m，塔身平面形状为正方形，结构形式为格构式角钢塔。特高压输电铁塔风洞试验1．1刚性模型测力试验输电塔刚性模型测力试验是将单塔模型连接于盒式天平上，由风洞天平测量模型在各风

6、偏角下所受的力和力矩。测力试验采用THl002A6分量应变天平。为了将试验所得的数据直接应用于原型物，测量数据以无量纲的力系数和力矩系数表达。模型在均匀流中，风速为V=15m／s，测定6分力系数，测力试验中模型上的风力和风力矩系数均按风轴系给出，风偏角及力系的规定如图1所示，故测试结果中的阻力系数Cx即为相应风偏角下的体型系数。无量纲的风阻力系数Cx、侧风力系数Cy、侧·收稿日期：2008-07-09；修回日期：2008—08—18基金项目：国家自然科学基金项目(50678181，5070811

7、8)、国家电网公司科技项目(SGKJ[2007]413)资助作者简介：作者简介：李正良(1963一)，男，教授，博导。主要从事大跨桥梁及输电塔抗风等研究。Email：lizhengl@public．cta．cq．camW$E自#-10(】okV#高E输自**R§自＆＆A目《#ⅡE目l力i＆目偏角《Z(俯*目)倾力矩系数C，x倾覆力矩系数C。r可按下式求出C．xc肛嵩％州肛揣，式中口为柬流风偏角，r为参考风速。为空气密度．05pV2为动压；B、S分别为模型的参考宽度，参考面积(取风偏角o。时模型的

8、迎M面秘)，F*(F)、Fr(p)、Mx(p)、My(p)分别为风偏角，时风轴坐标系的阻力、侧风力，删倾力矩、倾疆力矩。对仝塔模型在风偏角p=o⋯90(卵=15。)7个工况进行了测试，试验结果来考虑堵塞干扰修正(因横型堵塞面积小而不需修正)。输电塔模型的参考宽度8和参考面积s分别取o7812m和o1927m2。表1列出了模型气动力系数。$1＆!^自^*#目填自∥(。)CxC，c，．12气弹模型风洞试验l_2l气弹模型谴计通过量纲分析，可推导出气弹模型风洞试验所要满足的相似准则。根据各相似准则，际