±800kv直流双柱悬索拉线塔-线体系风致振动研究

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1、±800kV直流双柱悬索拉线塔-线体系风致振动研究重庆大学博士学位论文学生姓名：俞登科指导教师：李正良教授专业：结构工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一四年九月国家自然科学基金项目（51308568）万方数据万方数据ResearchonwindInducedVibrationof±800kVDCCross-RopeSuspension1Tower-LineAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheDoctor’s

2、DegreeofEngineeringByDengkeYuSupervisedbyProf.ZhengliangLiSpecialty:StructuralEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaSeptember20141ProjectSupportedbyNationalNaturalScienceFoundationofChina（51308568）万方数据万方数据中文摘要摘要双柱悬索拉线塔主要由两根受压的格构式角钢立柱与受拉的

3、拉线悬索系统两部分所组成。相较其它自立式输电塔，双柱悬索拉线塔有受力明晰，用钢量少，易于安装等优点。同时，其大跨、高柔的结构特性也决定了风荷载为其主要控制荷载。但由于其占地面积大且运行维护工作量较大而较少在工程中使用。然而随着我国西电东送等项目的陆续展开，部分线路会经过戈壁荒漠地区，基础占地费用较低，从而使双柱悬索拉线塔的经济性优势凸显。因此，对其进行风致振动研究与分析显得越发重要。本文采用风洞试验、有限元模拟和理论分析相结合的方式，主要开展了以下几方面的工作：①制作了双立柱的刚性模型，在风洞试验中结合高频天平技术，研究了单立柱和双立柱在

4、B类地貌紊流场和均匀流场下的风力特性。首先在紊流场中得到了单立柱和双柱不同遮挡效应下的顺风向、横风向和扭转向基底弯矩功率谱，并基于上述试验结果建立了动力风荷载解析模型。其次在均匀流场中测得了静力三分力系数，并结合各国规范进行了顺风向阻力系数的比较，结果显示中国规范取值略偏不安全。②设计并制作了双柱悬索拉线塔和塔线体系气动弹性模型，同时为实现立柱底部铰接及拉线初始预张力精加工了整塔基座装置。对其风振响应进行了风洞试验研究。试验结果揭示了双柱悬索拉线塔的荷载传递机制为由分裂导线所受较大风荷载经悬索和绝缘子传递到立柱顶部节点，使迎风侧拉线张紧，

5、背风侧拉线相对松弛，迎风侧立柱受压较背风侧立柱所受压力明显。且不同拉线预张力对风振响应结果的影响也较显著，需合理选取预张力值。③建立了双柱悬索拉线塔-线体系的有限元模型，结合谐波合成法对其进行动力时程分析。考察了悬索垂跨比和拉线初始预张力这两个结构关键参数对拉线拉力、立柱支座反力和立柱顶部顺风向位移这三类风致振动响应的影响，由此建议垂跨比取值大于1/9为宜，而拉线初始预张力取值需控制在其设计承载力30%以内。从而可以使得拉线和立柱的受力维持在较小值，结构整体受力合理。④考虑到双柱悬索拉线塔-线体系的非线性特点，进一步探讨和研究了其风致响应

6、。由于其受力特点主要为双立柱受压而拉线受拉，因此在基于线性的静力等效风荷载基础上，发展并提出了脉动风效应系数的概念，运用此脉动风效应系数，可分别针对受压的塔身立柱和受拉的拉线组件进行单独的抗风设计。I万方数据重庆大学博士学位论文⑤基于试验结果，建立了简化的双柱悬索拉线塔力学模型。运用Hamilton原理对其动力学方程进行建模，得到了偏微分运动方程，并通过Galerkin方法将上述偏微分方程离散为常微分方程。从非线性振动出发，进一步研究了系统面内主共振模式，采用近似解析方法求解常微分方程得到了定常解，再利用Lyapunov一次近似稳定理论给

7、出了系统的不稳定域和稳定域。最后，在总结全文工作的基础上，提出了进一步的研究展望。关键词：±800kV，双柱悬索拉线塔，风洞试验，风振响应，非线性振动II万方数据英文摘要ABSTRACTAcross-ropesuspension(CRS)towerismainlycomposedoftwopressurizedlatticeangle-steelcolumnsandatensionedguysuspensioncablesystem.Suchatower,ifcomparingwiththeotherfree-standingpower-

8、transmissiontowers,featuresforitsvariousadvantagessuchasclearstress,littlesteelquantity,andeasyi