输电塔风荷载调整系数的研究

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1、提高特高压输电线路可靠性深化研究输电塔风荷载调整系数的研究1前言2输电杆塔风振计算2.1随机振动理论2.2脉动风的概率特性2.3基于随机振动理论输电铁塔风振系数计算方法推导3基于随机振动理论的输电铁塔风振系数计算实例3.1“鼓型”输电塔3.2“酒杯型”输电塔4风振系数推荐简化公式4.1双回路“鼓型”铁塔风振系数推荐简化公式4.2单回路“酒杯型”铁塔风振系数推荐简化公式5结构阻尼比的影响6总结输电塔架是当前高压送电线路杆塔结构的主要形式之一，属于重要的生命线工程结构，这种结构具有轻质、高柔、小阻尼的特点，被视为典型的风敏感性结构。风荷载的影响可从风速功率谱分析

2、中得到，风的卓越周期一般在20〜60s之间，通过大量的计算，国内普通输电杆塔的自振频率范围一般在0.05〜1.0Hz之间，即自振周期为1〜20s之间，非常接近风的卓越周期，导致风振的影响显著。风荷载是一种随机荷载，不仅包含平均部分，还包含脉动部分。为了方便工程设计，通常采用引入风振系数的方法将随机脉动风荷载转换为拟静力荷载。因此，风振系数的计算成为输电杆塔风振计算的关键。在输电线路工程设计中，风振系数又称风荷载调整系数。2输电杆塔风振计算《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)7.4.1条规定：“对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋和基本自振周

3、期7；大于0.25s的各种髙耸结构以及大跨度屋盖结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。风振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)中428条规定：“高耸结构应考虑由脉动风引起的风振影响，当结构的基本自振周期小于0.25s时，可不考虑风振影响。输电塔属于高耸结构，通过大量计算，常规输电塔的自振周期在1.0s左右，远大于规范规定的0.25s限值，因此必须进行输电塔顺风向的风振计算，其关键就是确定风振系数，也称为风压调整系数。《lOOOkV架空输电线路设计规范》(修订中)和《架空送电线路杆塔

4、结构设计技术规定XDL/T5154-2002)对杆塔风荷载调整系数均作出如下规定:“当全高不超过60m时”按照给定表格选用，“全高采用一个系数”；“当杆塔全高超过60m时，应按《建筑结构荷载规范》(GB50009)釆用由下到上逐段增大的数值，但其加权平均值对自立铁塔不应小于1.6。”《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)7.4.2条规定：“对于一般悬臂结构，例如构架，塔架，烟囱等高耸结构，以及高度大于30m,高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑,均可仅考虑第一阶振型的影响”,“结构在z高度处的风振系数0；可按下式计算：0=1+如(7.4.2)

5、”，式中§脉动增大系数；V脉动影响系数；亿振型系数;4——风压高度变化系数。”对于脉动影响系数的取值，《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)中给出了选用表格(7.4.4条)。当结构“外形、质量沿高比较均匀”时，可以直接查表取值，当“结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化”时，需要对表中的数值进行修正之后取用，并且给出了修正系数。然而对于输电铁塔，由于横担的影响，使得整个结构在沿高度方向外形和质量均出现突变，因此不能直接套用《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)中给出的表格来计算其风振系数。《高耸结构

6、设计规范》(GB50135-2006)中4.2.9条规定：“自立式高耸结构在z高度处的风振系数0：可按下式确定：0：=1+竺局(4.2.9)式中§——脉动增大系数，按表429-1采用；&——风压脉动和风压高度变化等的影响系数，按表4.2.9-2采用；e2振型、结构外形的影响系数，按表429-3采用。”规范同时也对该计算公式给定了使用条件，“对于结构外形或者质量有较大突变的高耸结构，风振计算均应按随机振动理论进行。”同样，由于横担的影响，使得输电铁塔在沿高度方向外形和质量均出现突变，因此也不能直接套用《高耸结构设计规范》(GB50135-2006)中给出的表格

7、来计算其风振系数。综上所述，《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)和《髙耸结构设计规范》(GB50135-2006)中给出的风振系数计算表格不适用于输电铁塔这种特殊的高耸结构。因此，应该这样理解《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)对杆塔风荷载调整系数的规定——“当杆塔全高超过60m时，应按《建筑结构荷载规范》采用由上到下逐段增大的数值，但其加权平均值对自立铁塔不应小于1.6”:当杆塔全高超过60m时，应按照《建筑结构荷载规范》的相关规定计算风振系数，即采用随机振动理论计算杆塔的风振系数，而不是套用《建筑结构荷载规范》中

8、风振系数的计算表格。2.1随机振动理论2.1.1随机