基于气弹模型风洞试验的输电塔—线体系风致响应分析-论文.pdf

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1、第32卷第8期水电能源科学Vo1．32No．82014年8月WaterResourcesandPowerAug．2014文章编号：1000—7709(2014)08—0169—05基于气弹模型风洞试验的输电塔一线体系风致响应分析王述良，梁枢果，熊铁华，汤怀强(武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072)摘要：为分析输电塔一线体系的风效应，设计并制作了输电塔线体系完全气弹模型，通过风洞试验测试了不同风速和风向角下单塔沿高位移响应、导线线端张力作用下的绝缘子动应变，导线1／4、1／2和3／4跨位移响

2、应以及挂线后输电塔沿高位移响应。结果表明，输电塔挂线与不挂线位移响应随风速递增，且塔顶位移变化显著；强风作用下导线发生明显的风偏振动；挂线后输电塔线体系振动呈非线性耦合特性。重现了输电塔在极限风荷栽作用下的风毁现象，与实际破坏模式相符。可见通过对输电塔进行局部优化，可在增加少量构件的情况下，使倒塔极限风荷载得以显著提高。关键词：输电塔线体系；气弹模型；风洞试验；风致响应；结构优化中图分类号：TU311．3；TU317。。．1文献标志码：A无法模拟各构件的振动情况，设计并制作了满足1引言构件层面相似的

3、输电塔线体系完全气弹模型，基于风洞试验测得的不同风向角和风速下模型的输电塔一线体系是由高耸的杆塔结构、导线、风致响应，对输电塔风效应进行分析，以期为输电绝缘子以及连接金具组成的一种高柔度结构，风塔一线体系抗风设计提供参考。荷载为其主要侧向动荷载。由于风荷载作用机理和结构动力响应特性的复杂性，目前尚未形成一2风洞试验个普遍认同的输电塔一线体系风荷载模型与风致响应分析方法以指导输电塔一线体系的结构设2．1模型制作计。在风荷载作用下，输电塔局部损坏甚至倒塌试验原型选取500kV送电线路的输电塔一事故时有发

4、生，对此已有针对性研究并取得了一线体系，输电塔塔高8Om，呼高75m。水平档距定成果l_】]。气弹模型风洞试验作为一种有效的750m，导线垂度38．5m，地线垂度1O．7m。导线研究手段应用于输电塔一线体系的抗风性能研为三分相、四分裂结构形式。在进行缩尺模型风究，但其前提为设计并制作满足基本缩尺比的气洞试验时，根据相关相似准则，设计了除满足几何弹模型，为了解决风洞试验中模型设计难以同时相似外，还满足气动弹性模型最重要的相似参数满足相似定律和风洞尺寸要求的问题，DavenportAG(包括Strouh

5、al数相似、弗劳德数相似、弹性参数等l4通过修正模型试验，提出了导线气弹模型缩和惯性参数相似)。由试验条件确定几何所持比尺修正方法；汪之松等研究表明，导线缩聚后的根据弹性相似，视输电塔构件为二力杆，则根塔一线体系气弹模型风洞试验可较准确地反映原据弗劳德数可推导出风速相似比为一㈠频型的风致响应。在导线缩聚模型研究的基础上，率相似比f=：=,17一u／,1L===以。采用Daven—梁枢果等通过完全气弹模型风洞试验研究了输portAG等L4提出的输电线气弹模型等设计法电塔一线体系的风效应；李正良等_7通

6、过多自由引入修正系数)，一0．5，跨度相似比,11一∽考虑度气弹模型风洞试验对输电塔一线体系风致振动到塔线耦合振动的实际情况，需要保证导线进行了研究。鉴此，本文考虑多自由度气弹模型频率相似比与输电塔相同。所有相似参数见表1收稿日期：2013—10—28，修回日期：2013—12—23基金项目：国家自然科学基金项目(51078296)作者简介：王述良(1985一)，男，博士研究生，研究方向为结构风工程，E—mail：diy1985@126．corn通讯作者：梁枢果(1950-)，男，硕士，教授、博导，

7、研究方向为结构抗风理论与结构动力学，E-mail：liangsg@public．wkhb．cn·172·水电能源科学足必然会导致输电塔结构设计的缺陷。对导线而利风向角的影响，在单塔6O。风向角与塔线体系言，其振动以一阶面内、外振动为主，二阶振动亦9O。风向角情况下，风荷载的影响应重点考虑。不可忽略，且随风速的增加高阶贡献更为突出。b．导线在强风作用下发生较大平面外位移，图7为不同风速下挂线后输电塔与导线归一风偏角接近45。。导线风致振动以一阶面内、外化的响应功率谱。由图7可知，随着风速的增加，振动为

8、主，但二阶振动不可忽略，随着风速的增加输电塔振动能量向低频段转移，低频能量变得更高频能量贡献更为突出；为丰满，而导线振动能量则恰好发生与输电塔相c．输电塔挂线后与不挂线时位移响应变化规反的能量转移，说明风荷载作用下输电塔与导线律相似，但位移响应是单塔的数倍，输电塔挂线后发生耦合振动；随着风速的增加，输电塔与导线将与导线发生非线性耦合振动甚至共振，导线振动出现一部分能量重叠的频段，高风速时，输电塔和对输电塔振动产生较大影响。在强风作用下导线导线功率谱密度能量分布的频段范