1000kv双回路特高压输电塔等效静力风荷载研究

1000kv双回路特高压输电塔等效静力风荷载研究

0hffb试验高频动态平衡（hffb）是20世纪80年代开发的用于研究高层建筑的刚性风孔试验的高级工程。与气弹模型风洞试验相比，HFFB试验得到的是模型的风荷载，只与模型的几何外形和相似比有关，只要结构的外形不变，试验所得到的风荷载参数都是正确的，因此，HFFB试验成为结构优化设计的工具1hmm-b型能源塔模型1.1试验模型及试验风速试验对象为设计中的1000kV特高压双回路输电线路的耐张塔和直线塔，选取的直线塔高108m，耐张塔高107m，均为格构式钢管塔，模型的几何缩尺比为1:50ㄢ试验在模拟B类地貌的大气边界层风洞中进行，试验风速15m/s。试验力系及风偏角定义如图1所示。其中：X′、Z′为风轴系，X、Z为体轴系，Y、Y′竖直向上，风向角β=0°、90°。1.2试验结果的半刚性模型法对于理想的刚性模型，通过HFFB试验测得的顺风向基底弯矩是结构受到的顺风向风荷载的整体反映：式中：M(t)表示顺风向基底弯矩；F(z,t)为高度z处顺风向的风荷载；H为结构总高。当假定结构的一阶振型为理想振型时，即φ由于输电塔属于格构式塔架，要达到完全刚性的模型几乎不可能，而半刚性模型风洞试验测得的基底弯矩谱包括了共振响应的影响。文式中：S2塔-上-下-中风荷载互功率谱基于准定常理论，不考虑结构与风场的相互作用，并忽略脉动风二次项的影响，高度z处的脉动风压可以表示为式中：u(z)为高度z处平均风速；u将塔沿高度分成N段，则作用在第i段上的脉动风荷载可以表示为式中：C当采用Davenport风谱时，σ其中i,j=1,2,…,Nㄢ不同高度处的风荷载互功率谱可以写成下面形式式中：S文献结合式(8)(11)，式(9)可以改写为根据式(1)，基底的弯矩谱可表示为将式(12)代入式(13)可得从而可得无量纲风荷载自功率谱再结合式(12)，顺风向风荷载互功率谱可以由下式求得3等静风负荷等效计算3.1平均风负荷平均风荷载可根据准定常理论和片条理论得到3.2等效背景风荷载背景响应部分属于拟静态性质，Davenport最初对等效背景风荷载的定义只是针对位移响应的。而实际上并不存在1个同时与各种响应类型都等效的荷载分布。文献式中：g式中：R当z3.3等共振风负荷对于输电塔类型的高耸结构，一般只考虑一阶振型的贡献，采用惯性力模型进行计算式中：g等效共振荷载峰值因子g式中：f3.4表响应类型将平均风荷载，等效背景风荷载和等效共振风荷载相叠加可以得到总的等效静风荷载式中：r代表响应类型；w由于式(24)(25)的计算较为复杂，借鉴可靠度理论中0.75线性分离法对式(23)进行简化引入阵风效应因子G(r)，顺风向总的等效静风荷载可以表示为阵风效应因子G(r)也可以通过响应求得式中r(z)表示平均风荷载响应。4基于位移响应的等效静风荷载计算时将耐张塔和直线塔沿塔身分为9段和11段，如图2所示。分段后两塔的计算参数如表1、2所示。运用公式(3)对输电塔半刚性模型HFFB试验测得的基底弯矩进行处理，消除共振响应的影响。图3为直线塔在β=0°时顺风向基底弯矩处理前后的对比，可以看出，模型的共振影响被完全消除。将处理后的功率谱代入公式(16)可得到两塔的荷载互功率谱。图4、5给出了β=0°风向角下直线塔和耐张塔部分层之间的顺风向风荷载互谱。根据式(17)～(29)，分别计算β=0°、90°时直线塔和耐张塔各部分等效静风荷载(其中等效背景风荷载是根据位移响应计算)，计算结果如图6～9所示。将各部分等效风荷载代入式(28)，即可得输电塔各层的顺风向阵风效应因子G(r)，如表3～4所示。从以上计算结果可以看出：1）直线塔与耐张塔的等效背景风荷载均比较小，且随高度变化不大。2）等效共振风荷载随高度变化较大，在塔底部较小，塔上部大。由于每段的质量沿高度变化不均匀，等效共振风荷载随高度变化也不均匀。3）由于每段的挡风面积沿高度变化较大，平均风荷载随高度变化不均匀。4）在塔的下部，总等效静风荷载主要以平均风荷载为主，相应的阵风效应因子接近于1ㄢ5）塔顶部的等效共振风荷载基本超过平均风荷载(仅β=90°时直线塔顶部的等效共振风荷载小于平均风荷载)。因此，对于输电塔这种高耸结构，其顶部的脉动风共振响应比较大，设计时应充分考虑其影响。6）输电塔的阵风效应因子沿高度增加而逐渐增大，在塔顶部达到最大值。5输电塔风荷载1)HFFB试验测得的半刚性模型底部弯矩在线性振型假设的条件下，可通过公式(3)消除共振响应的影响。2）基于准定常理论和片条理论，根据HFFB试验的基底弯矩谱得到了输电塔不同高度处的风荷载自