大跨越输电塔风振系数研究
基于显示积分法的大跨越输电高塔风致振动响应研究
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冯 炳 ， 潘 峰 ， 叶 尹 ， 月 龙 ， 炳 楠 邢 孙 ２
（１ 浙 江 省 电力 设 计 院 ， 州 ３ ０ １ ； ． 江 大 学 土 木 工 程 学 系 ， 州 ３ ０ ２ ） ． 杭 １０ ２ ２ 浙 杭 １０ ７
摘
要 ： 电塔 属 于 风 敏 感 结 构 ， 与 结 构 的 相 互 作 用 十 分 复 杂 ， 荷 载 常 常 是 设 计 的 主 要 控 制 荷 载 。 输 风 风
Ｈａ ｇｈ ｕ， １ ０ ７ ， ｈｎ ） ｎ ｚ ｏ ３ ０ ２ Ｃ ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｗｉ ｈ ｏ ｌ ｘ ｉ ｔｒ ｃ ｉｎ ｂ ｔ ｅ ｎ ｗｉｄ ａ ｄ ｓｒ ｃｕ ｅ ｔ ｎ ｍｉｓ ｎ ｔ ｗ ｒ ｂ ｌ ｎ ｓ ｔ ｉ ｄ ｓ ｎ ｉ ｖ ｔ ｃ ｓ ｒ ｃ ： ｔ ｔ ｅ ｃ ｍｐ ｅ ｎｅ ａ ｔ ｅｗ ｅ ｎ ｎ ｔｕ ｔ ｒ ，ｒ ｓ ｓ ｉ ｏ ｅ ｅ ｏ ｇ ｏ ｗ ｎ － ｅ ｓｔ ｅ ｓｒ ・ ｈ ｏ ａ ｏ ｉ ｕ ｔ ｒ ｓ ａ ｄ ｔｅ ｗｉｄ ｌａ ｅ ｏ ｓ ｔ ｅ ｍａ ｎ ｐ ｏ ｌ ｍ ｆｔ ｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｄ ｓｇ ． ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｂ ｃ ｇ ｏ ｎ ｆａ ｕ ｅ ｎ ｈ ｎ ｏ ｄ ｂ ｃ ｍｅ ｈ ｉ ｒ ｂ ｅ ｏ ｈ ｔ ｔ ｒ ｅ ｉ ｎ Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｅ ｇｎ ｅ ｎ ａ ｋ ｒ ｕ ｄ ｏ ｕ ｉ １ ５ ｍ ｉ ｈ ５ ０ ｋ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｏ ｅ ， ｒ ｃ ｓ ｎｔ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ａ ｓａ ｌ ｈ ｄ ａ ｄ ｔ ｅ ｖ ｂ ａｉ ｎ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｓｏ ｈｇ ０ Ｖ ｔ ｓ ｓ ｉｎ ｔ ｗ ｒ ａ ｐ ｅ ｉｅ ｆ ｉ ｅｅ ｎ ｄ ｌｗ ｓ ｅ ｔｂ ｉ ｅ ｎ ｈ ｉ ｒ ｔ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉ ｆ ８ ａ ｉ ｅ ｓ ｏ ｉ ｃ ｓｒ ｃ ｕ ｅ ｈ ｖ ｅ ｎ ｏ ｔ ｉｅ ． ｈ ｉ ｉ ｏ ｙ ｏ ｕ ｔ ａｉ ｇ ｗｉ ｄ ｌ ａ ｓａ ｃ ｒ ｔｌ ｉ ｌｔｄ ｂ ｏ ｓｄ ｒ ｇ ｔ ｅ ｓ ａ ｔｕ ｔ ｒ ａ ｅ ｂ ｅ ｂ ａｎ ｄ Ｔ ｅ ｔ ｍｅ ｈ ｓ ｒ ｆ ｃｕ ｔ ｎ ｏ ｄ ｗａ ｃ ｕ ａｅ ｙ ｓｍｕ ａｅ ｙ ｃ ｎ ｉｅ ｎ ｈ ｐ — ｔ ｌ ｆ ｎ ｉ ｔ ｌｃ ｒｅａｉ ｎ ｏ ｉ ｌ ｎ ｐ ｃ ｒ ｍ． ｉ ｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｏ ｒ ｖ ｄ ｅ ｐ ｉｉ ｉ ｔｇ ａ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ，ｈ ｎ — ｎ ｕ ｅ ｉ ｏ ｒｌ ｔ ｆＫａｍａ ｄ ｓ ｅ ｔ ａ ｏ ｗｉ ｕ Ｗ ｔ ｔ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆｉ ｏ ｅ ｘ ｌ ｔ ｎ ｅ ｒｔ ｔ ｏ ｔ ｅ ｗｉ ｄ ｉｄ ｃ ｄ ｈ ｍｐ ｃ ｏ ｖ ｂ ａｉ ｎ ｒ ｓ ｏ ｓ ｓ ｏ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｏ ｒｗｅ ｅ ｏ ｔｉ ｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｏ ｉ ．Ｔ ｅ ｃ ａａ ｔ ｒ ｔ ｓ ｏ ａ ｉｐ ａ ｅ ｎ 、 ｉ ｒ ｔ ｅ ｐ ｎ ｅ ｆｔａ ｓ ｓ ｉｎ ｔｗｅ ｒ ｂ ａ ｎ ｄ ｉ ｈ ｉ ｄ ｍａ ｎ ｈ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉ ｆ Ｍｃ ｎ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ｏ ｍｅ ｉ ｃ Ｒ ｉ ｌｃ ｍｅ ｔａ ｄ Ｒｍｓ ａ ｃ ｌｒ ｔ ｎ ａ ｉ ｅ ｅ ｔｌｙ ｒｏ ａ ｓ ｓ ｉｎ ｔｗｅ ａ ｅ ｂ ｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ｉ ｅ ｌ ｄ ｍｓｄ ｓ ａ ｅ ｎ ｎ ｐ ｃ ｅｅ ａ ｉ ｔ ｆ ｒ ｎ ａ ｅ ｆｔ ｎ ｍｉｓ ｏ ｒｈ ｖ ｅ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ｎ ａ ｄ ｍｉ ．Ｍｅ ｎ ｏ ｄｉ ｒ ｏ ｅ ａ— ｗｈ ｌ ．ｈ ｎ — ｎ ｕ ｅ ｉ ｒ ｔ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｉ ｅ ｅ ｔｌｙ ｒｏ ａ ｓ ｓ ｉｎ ｔｗｅ ｒ ｌｏ ｓｕ ｉｄ ａ ｄ ｃ ｍｐ ｒ ｄ，ｅ ｉ ｔ ｅ ｗｉ ｄ ｉ ｄ ｃ ｄ ｖｂ ａ ｉ ｏ ｍｃ ｅ ｔ ｆ ｒ ｎ ａ ｅ ｆ ｒ ｎ ｍｉｓｏ ｏ ｒｗｅ ｅ ａ ｓ ｔ ｄ ｅ ｎ ｏ ａ ｅ ｒ — ｅ ｏ ａ ｄｉ ｔ
大跨越输电线路微风振动分析优秀毕业论文
2010-05
中文摘要
摘要
随着我国特高压输电线路的大规模建设，输电线的直径、单位长度重量都有 所增大，悬挂点高度也有所增加，使得输电线路更容易产生微风振动。而特高压 输电工程作为影响力十分大的生命线工程，若遭到破坏将导致巨大的经济损失和 其他次生灾害。本文对输电线的微风振动进行了初步的探讨与研究，主要包括： 能量平衡法的改进、利用动力学求解基于解析模型微风振动、基于三节点索单元 模型微风振动分析和考虑抗弯刚度输电线微风振动模型分析，具体如下：
I
重庆大学硕士学位论文
输电线微风振动稳态振幅在考虑抗弯刚度的情况下比未考虑抗弯刚度时计算振幅 偏大，且在低风速下误差较小，高风速下误差可达39.49%，不可忽略。
关键词：输电线；微风振动；Scanlan非线性模型；有限元法；自阻尼
II
英文摘要
Abstract
With the large-scale construction of high-voltage transmission lines in China, the wind vibration is prone to occur due to the increasing of the line diameter, the gravity per length and the suspended height. Its destruction will cause tremendous economic loss and other secondary disasters since high-voltage transmission project is an extremely important lifeline for the society. This paper is a preliminary research of the transmission line VIV, and the specific contents are as follows: the improvement of energy balance method, the solution of VIV on the basis of analytical model through utilizing Dynamics, based on three-node cable element model and based on transmission line VIV model by taking the consideration of bending stiffness analysis, the details are as follows:
500kV同塔四回路大跨越塔风振响应分析
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瓯江大跨越输电塔的抗风研究
瓯江大跨越输电塔的抗风研究摘要：大跨越输电塔是一种柔性结构，风荷载是其设计的主要控制荷载，超高输电铁塔的风效应十分复杂,目前对于此类结构往往通过气弹模型风洞实验来完成。
500kV乐清－温东输电线路瓯江大跨越高塔处于强台风经常袭击的温州瓯江边，为了确定跨越塔的设计风荷载和风振特性，保证其的安全、可靠和经济性，对该跨越高塔结构进行气弹模型的风洞试验是很有必要的。
本文从项目需求背景、设计原则与思路、技术要点和应用效果等几个方面，来验证研究瓯江大跨越输电塔的安全性和科学性。
关键词：瓯江大跨越输电塔风洞抗风1 引言随着我国经济持续、高速的发展，电力能源供求矛盾将日趋尖锐。
因此，建设坚强可靠的电网将成为我国经济高速发展的重要保证。
在电力输电线路工程中，跨越江河、山谷等自然屏障的线路，往往要采用高耸跨越钢管塔来实现，所以大跨越输电钢管塔往往处于极其重要的地位。
大跨越输电钢管塔往往具有高度大、荷载重、自振频率低等特点，是一种风敏感的柔性结构，风荷载是铁塔设计的主要控制荷载，特别是在强台风地区，大风暴对结构的不利影响以及由于风速脉动而产生的风振效应显得尤为突出。
输电钢管塔风荷载的确定在设计上体现为风振系数的确定，因此风振系数是一个关键的数据。
而对于大跨越钢管塔的风振响应问题，目前还没有一套成熟通用的理论，体现在工程设计中便是缺乏在理论上相对准确、在使用上较为简便的规范来指导实际的设计工作，我国规范只给出高层和高耸结构相应的风振系数计算公式，这就使得设计人员在输电高塔风振系数的取值上往往存在相当大的经验性和盲目性。
为了保证结构的安全，设计时往往考虑了较多的人为的增大因素，致使风振系数的取值数值较大，但缺乏科学依据。
因此有必要通过风洞试验来确定大跨越高塔的风荷载特性。
2塔线体系模型设计本文大跨越输电塔线体系风洞试验模型为气动弹性模型，主要研究结构体系的动力特性和风振响应%大跨越输电塔线体系在脉动风荷载作用下振动方程可一般性地表述［M］｛X｝+［C］｛X｝+［K］｛X｝=｛F（(t,x,x，x）｝（1）式中：［M］，［C］，［K］分别为体系的质量、阻尼、刚度矩阵；｛x｝，｛x｝，｛x｝分别为体系加速度、速度、位移响应向量；［M］｛X｝，［C］｛X｝和［K］｛X｝分别对应于体系惯性力、阻尼力以及弹性力；｛F（(t,x,x，x）｝为作用在体系上的水平荷载，包括气动力及由于结构运动而产生的自激力%对于实际结构体系，作用于其上的气动力与当地气候条件、地形地貌及其体型等因素有关，自激力则与结构体系在风作用下的运动有关。
架空输电线路大跨越档导线分段防振方案试验研究
运营维护技术Telecom Power Technology固定端Bate阻尼线防振捶连接金具振动台线夹张拉端力传感器平衡点P w =P c +P dP wlog(Y /D )P c +P d 2023年４月25日第40卷第８期· ２３７ ·动频率的上限（65 Hz ）和下限（15 Hz ），初始防振装置的设计如图4所示。
固定端1.0 4.5 4.0 3.5 3.02.7 2.4 2.1 2.0 1.9 1.81.7 1.61.5FR-14NL 防振捶 FR-8NL 防振捶导线Bate阻尼线护线条剥1层线32.7单位： m图4 初始联合防振装置导线系统特性的计算方法与自阻尼特性的计算方法相似。
在计算导线自阻尼特性时，测试功率P t 由导线自身消耗，即 P t =P c =Φ( f ,Y )=10 β(Y /D )a（7）导线系统消耗的功率则为 P t =P c +P d =Φ( f ,Y )=10 β(Y /D )a（8）用上述方法可以得到导线系统特性。
传统防振设计中，通常在某档导线两端各安装一套联合防振（即Bate 阻尼线+防振锤）装置。
然而，由于湘江大跨越工程中使用的导线钢比较大，且为单导线，因此防振试验的难度大大增加，安装初始防振装置的导线频率响应如图5所示，与标准要求还有很大差距。
频率/Hz10255075100125150175200002040305060709080100弯曲应变/με图5 安装初始防振装置的导线系统频率响应为解决上述问题，将该2 000 m 档距平均分为2段，将2段作为独立的档距进行防振方案的设计。
根据图5中的频率响应测试结果，改变对应于导线20～ 55 Hz 频段的阻尼线的长度或直径，通过试验及其结果对防振装置逐步进行优化，最终得出防振装置如图6所示。
与以往不同，该工程在2 000 m 档距中使用了4套联合防振装置。
该档导线系统特性如图7所示，满足了标准要求。
大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制
∞ 如∞如∞如∞如∞如０ －２４００－１８００．１２００－６００ ０ ６００ １２００ １８００ ２４００
水平档距／ｍ 圈３塔顶位移影响线 Ｆｉｇ．３ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ｉｉｎｅ ｏｆ ｔｏｗｅｒ
７００
６００
５００
董４００
摧３００
２００
ｌｏｏ
０ －２４００．１８００．１２００一６００
图２悬吊摆系统 Ｆｉｇ．２ Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ ｍａｓｓ ｐｅｎｄｕｌｕｍ ｓｙｓｔｅｍ
悬吊摆系统的运动方程为：
Ｍｐ二ｃ（ｔ）十Ｃｐ主（￡）＋Ｋｐｚ（￡）＝Ｐ（ｔ）
（４）
式中：Ｃ口是悬吊摆系统的阻尼阵，应包含塔线体系的
结构阻尼和气动阻尼，体系的气动阻尼可以根据单位
周期内悬吊摆系统能量的耗散率进行计算［７］。Ｍｐ、Ｋ
第２７卷第３期 ２００９年０６月
空气动力学学报 ＡＣＴＡ ＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
文章编号：０２５８—１８２５（２００９｝０３—０２８８—０８
Ｖ０１．２７．Ｎｏ．３ Ｊｕｒｌ．，２００９
大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制
郭 勇１，孙炳楠２”，叶 尹１，楼文娟２，沈国辉２
（１．浙江省电力设计院，浙江杭州 ３１００１４；２．浙江大学．浙江杭州３１００２７， ３．浙江大学宁波理工学院，浙江宁波 ３１５１００）
定义顺导线向为ｚ向，垂直导线向为ｙ向，大跨 越工程整体为三跨四基塔结构。建立塔线体系的力 学模型时，两端耐张塔可视为固定端，跨越塔、悬挂绝 缘子和输电线分别采用动力等效的梁单元、空间杆单 元与悬链线索单元Ｄ３进行模拟。全部塔线体系的空 间有限元模型共有１８２个单元、１８１个节点，其中每
基于滑动式TMD的大跨越输电塔风振控制的开题报告
基于滑动式TMD的大跨越输电塔风振控制的开题报告一、选题背景输电塔是电力系统的重要组成部分，其建设关系到电网的可靠性、运行稳定性和经济性等方面。
随着电网规模的不断扩大，输电塔的跨越也在不断增加，如特高压输电线路、大跨越输电线路等。
这些大跨越输电塔受风荷载的影响较大，容易发生颤振现象，导致塔架破坏和线路中断等严重后果，因此对其进行风振控制显得尤为重要。
传统的风振控制方法主要有增加结构刚度、减小结构质量、增加防风支撑等。
但是这些方法存在一定的限制和不足，如增加结构刚度会增加材料等成本；减小结构质量、增加防风支撑等可能会降低塔架的稳定性。
因此，研发一种基于滑动式TMD（摆动质量阻尼器）的大跨越输电塔风振控制方法具有重要的理论和实际意义。
二、研究目的和意义本研究旨在探讨基于滑动式TMD的大跨越输电塔风振控制方法，具体目的和意义如下：1、研究滑动式TMD的基本原理和控制特性，深入了解其控制效果和适用性；2、通过建立大跨越输电塔的结构模型和风荷载模型，分析其风振响应特性；3、提出一种基于滑动式TMD的风振控制方案，探讨其控制效果和适用性；4、进行仿真实验和现场试验，验证所提出的控制方案的有效性和可靠性；5、为大跨越输电塔的风振控制提供理论支持和实践经验，促进输电塔的安全稳定运行。
三、研究内容和方法1、研究滑动式TMD的基本原理和控制特性，分析其控制效果和适用性；2、建立大跨越输电塔的结构模型和风荷载模型，通过数值模拟分析其风振响应特性；3、提出一种基于滑动式TMD的风振控制方案，进行仿真实验和数值模拟分析，探讨其控制效果和适用性；4、搭建现场试验平台，进行实验测试，验证所提出的控制方案的有效性和可靠性；5、总结实验数据，分析控制效果，发表论文并形成结论。
四、预期成果1、深入了解滑动式TMD的基本原理和控制特性，掌握其在大跨越输电塔风振控制中的应用；2、建立大跨越输电塔的结构模型和风荷载模型，研究其风振响应特性；3、提出一种基于滑动式TMD的风振控制方案，进行仿真实验和现场试验，验证其控制效果和可靠性；4、发表论文并在相关领域产生广泛影响；5、为大跨越输电塔的风振控制提供理论支持和实践经验。
湄洲湾大跨越输电塔风振系数取值讨论
赵金飞，陈允清，翁兰溪
（福建省电力勘测设计院，福建 福州 350003）
摘要：建立了莆田 LNG 项目大跨越直线铁塔的有限元模型，计算了该模型第一周期、第一振型系数，确定其
风振系数，以指导该塔的抗风设计。
关键词：大跨越直线塔；自振周期；风振系数
Abstract:This paper establishes the finite element model for the large -span tangent towers of LNG project in
本文周期计算结果为 T1=（0.036~0.038）H/姨b+B 之间，与以往的研究经验类似。 同时，由于导线布置 方式与以往的研究不同，具有特殊性。
4 风振系数的计算
述得到第一周期 T1=0.841 s， 并考虑一定的放大系 数，这个结果比式（1）计算的结果更精确。 利用上述 方法得到结构第一自振周期，依据《建筑结构荷载规 范》公式即可求得塔身不同高度的风振系数，再分层 输入铁塔计算软件，就可估算 SZK 大跨越塔的风振 系数。
结构的自振频率和振型是求解结构动力反应的 基本要素，通过求解自由振动，可得到这些数值。 由 于没有外力作用， 自振频率和振型是刚度和质量分 布的直接函数， 其结果很大程度上取决于对质量的 模拟，这种变化也将影响反应谱和强迫振动的结果。 因此， 在动力分析中应注意对质量的模拟。 在 STAAD/CHINA 中， 所有可移动方向的质量应模拟
按《建筑结构荷载规范》计算风振系数 ，根据上
（ 收 稿 日 期 ：2009-01-05）
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法国积极推动太阳能发电产业
美国开始建设太阳能混合燃料电站
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第40卷增刊2007年10月武汉大学学报(工学版)Engineering Journal of Wuhan University Vol.40Sup.Oct.2007作者简介:陶青松,从事输变电结构设计工作.文章编号:167128844(2007)S120192204大跨越输电塔风振系数研究陶青松,林致添(江苏省电力设计院,江苏南京 210024)摘要:针对三江口长江大跨越输电塔工程实例,用SAP2000建立该塔的三维有限元模型,对模型进行有限元动力分析,计算结构适用于工程设计的输电塔第一自振周期及第一振型系数,确定大跨越塔的风振系数,以指导大跨越塔的抗风设计.关键词:大跨越输电塔;自振特性;风振系数中图分类号:TU 279 文献标志码:AStudy on wind 2induced vibration coeff icient of large span transmission tow ersTAO Qingsong ,L IN Zhitian(Jiangsu Provincial Electric Power Design Institute ,Nanjing 210024,China )Abstract :Based on t he Sanjiangkou Yangtze River 500kV large span t ransmission tower ,it s t hree 2di 2mensional finite element model is built in SA P2000.And t he dynamic analysis is carried out ;and t he first f ree vibration period and mode coefficient are stly ,t he wind 2induced vibration coeffi 2cient of t he tower is confirmed ;and it is used in t he wind 2resistant design of t he large span t ransmission tower.K ey w ords :large span t ransmission towers ;nat ural 2vibration behavior ;wind 2induced vibration coeffi 2cient 大跨越输电塔(以下简称大跨越塔)是集高耸结构和空间杆系结构两种特征于一体的风敏感结构体系,在风荷载作用下,风振效应显著.风荷载是大跨越塔设计过程中的控制性荷载,在大跨越塔设计中起着决定性作用,当风以一定的速度向前运动遇到阻碍时,结构承受了风压.在随机脉动风压作用下,结构会产生随机振动,在顺风向,风压常分为平均风压和脉动风压,前者作用相当于静力,后者则引起结构振动.对于大跨越塔这样的高耸结构,塔身风荷载响应约占外荷载响应的70%以上,由于它们的自振周期都比较大,必须要考虑由脉动风所引起的风振影响,在计算输电塔塔身风荷载时采用风振系数的概念来考虑结构风振效应,风振系数的取值对于大跨越塔的合理设计有着重要意义.1 研究现状风振系数反映脉动风对结构动力的作用大小,与结构的自振特性有关.《架空送电线路设计技术规程》(DL/T515422002)给出了杆塔全高不超过60m 的输电塔的风振系数值,同时规定当杆塔全高超过60m 时,按《建筑结构荷载规范》(G B500922001)取值,而确定风振系数就需要估算结构的第一自振周期及其振型,《建筑结构荷载规范》(G B500922001)提供了塔式结构第一自振周期的估算公式:T 1=(0.007～0.013)H 该公式的范围太宽,而且它适用于具有连续变化外形和质量的塔式结构,而输电塔结构并不符合 增刊陶青松,等:大跨越输电塔风振系数研究这一特点,输电塔在高度方向上具有几个较大质量和几何尺寸的横担,使得结构的动力特性发生变化,故而利用该近似公式并不符合实际的情况.根据我国电力部门所做的输电塔实测研究,得到的输电塔结构自振周期近似计算公式为T1=0.034Hb+B式中:T1为结构第一自振周期,s;H为全塔高度, m;b为塔头宽度,m;B为根开宽度,m.由于输电塔结构的形式多样、高度不一,不同类型、不同高度的输电塔自振周期具有不同的特点,所以这一公式并不能适用于所有类型的输电塔结构.国内的科研院所也提出了一些输电塔自振周期的经验计算公式如同济大学土木学院傅鹏程以电力部门对输电塔实侧得到的结构自振周期近似公式为思路,以实际输电铁塔的空间模型计算结果为依据对其第一自振周期近似公式进行分类、拟合及修正得到的500kV双回路“桶形塔”计算公式为塔高50～70m时T1=0.039Hb+B 塔高70～80m时T1=0.038Hb+B 塔高80～100m时T1=0.036Hb+B 上述公式和有限元计算的结果误差很小,具有一定的精度.但尚无法应用于大跨越塔这样的高耸结构(塔高一般在200m以上).目前国内对大跨越塔这一重要高耸结构的动力特性研究并不充分,沿用《建筑结构荷载规范》(G B500922001)的风振系数取值来考虑随机风荷载的风振效应将会带来很大误差,同时根据《建筑结构荷载规范》(G B500922001),确定结构风振系数时对截面沿高度变化的高耸结构的振型系数只提供了B H/B0=0.2、0.4、0.6、0.8、1.05种情况的第一振型系数,而输电塔结构的塔头宽度和根开宽度之比大都小于0.2,按荷载规范供选用的振型与输电塔真正的第一振型曲线存在一定差距,所以该振型系数不够精确也不适用于估算输电塔的振型,输电塔结构在设计中应该使用适合于自身特点的振型系数.大跨越塔有着塔高高、荷载大、结构复杂、耗钢量大和投资较大的特点,有必要对大跨越塔的动力特性和风振系数的取值作专门研究.本文针对三江口长江大跨越塔实例,建立该塔的三维有限元模型,计算结构适用于工程设计的输电塔第一自振周期及第一振型系数,确定大跨越塔的风振系数,以指导大跨越塔的抗风设计.1.1 建立有限元模型因为输电塔结构的结构特点,通过建立合理精确的力学模型,从而得到整体结构准确的动力特性就显得十分重要.根据电气专业前期规划和结构专业初步电算结果,从运行经验、合理投资、塔型美观、方便施工等方面综合考虑,三江口长江大跨越塔采用钢管塔作为本工程跨越塔建设方案,钢管塔的正视图见图1.图1 钢管跨越塔 跨越塔呼高215m,铁塔全高251m,根开49.6m.三江口长江大跨越输电塔是由钢管相互连接组合而成的空间桁架结构,通常都可假定结构由双向二力杆构成,计算单元为两端绞接的空间杆单元,以空间杆单元建立三维有限元输电塔模型,每个节点具有三个沿坐标轴(x,y,z)方向的平动自由度,以此来模拟结构真实的受力状态.本文用国际通用的有限元计算软件SA P2000391武汉大学学报(工学版)2007建立三江口长江大跨越塔空间有限元模型.根据同济大学土木学院邓洪洲教授的研究成果,对于塔架的自振频率,塔线体系和单塔相差不大,适用中为了简便,可采用单塔模型计算,因此本文暂不考虑导线对的影响,SA P2000建立三江口长江大跨越塔模型如图2所示. 建模时采用以下基本假定:(1)材料处于弹性工作,即符合虎克定律;(2)杆件之间为绞接,每个节点有3个自由度;(3)外荷载作用于节点上;(4)考虑由于节点板、法兰、螺栓等对模型的自重增大效应,对材料密度放大了1.40倍;(5)结构阻尼比参照钢结构取ζ=0.05.1.2 有限元模型动力特性计算结果利用SA P2000动力计算功能,对大跨越塔模型进行模态分析,求解出结构的前10阶自振周期及其对应的振型,前10阶结构自振周期及其对应的频率见表1,其中前5阶自振周期及其对应的振型见图3～7.图2 SAP2000建模界面表1 大跨越塔前10阶结构自振频率及周期表目次12345678910频率/Hz 0.55840.55860.8818 1.0310 1.0409 1.0834 1.2171 1.2335 1.2832 1.2990周期/s1.79091.79021.13400.96990.96070.92300.82160.81070.77930.7698图3 一阶振型(正视图,T 1=1.7909s )图4 二阶振型(侧视图,T 2=1.7902s )图5 三阶振型(俯视图,T 3=1.1340s )图6 四阶振型(正视图,T 4=0.9699s ) 根据输电塔结构的外形特点,其结构截面沿高度并非连续变化,因此《建筑结构荷载规范》所提供的第一振型系数并不能适用于大跨越塔的设计,本文在塔身不同高度上选择了13个控制点,通过对有限元计算模型模态分析结果的分析,表2给出了大跨越塔结构第一振型系数.491 增刊陶青松,等:大跨越输电塔风振系数研究图7 五阶振型(侧视图,T5=0.9607s)表2 大跨越塔前10阶结构自振频率及周期表序号塔身高度z相对高度z/H振型系数1310.1210.0122610.2380.0483810.3160.0834990.3870.12351140.4450.16261290.5040.21471440.5630.27381600.6250.34391740.6800.414101880.7340.492112120.8280.647122280.8910.76413251 1.000 1.0001.3 风振系数计算按《建筑结构荷载规范》(G B500922001)计算风振系数,根据上述得到第一周期T1=1.7909s, 10m高度处的基本风速为32m/s,ω0=0.64kN/ m2.根据《建筑结构荷载规范》,ω0T21=2.0527;ζ=2.8076;v=0.82;θv=4.5466,地面按B类地貌计算,由上述计算得出的结构第一振型系数计算风振系数可得表3. 全塔风振系数沿高度加权平均值 β=∑βi h i ∑h i=1.384,根据《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》,当高度大于60m时全塔沿高度的加权值表3 风振系数z/m z/HφzμzθBθvνβ加权调整β310.1210.012 1.4363 3.2213 1.0781 1.30 610.2380.048 1.7836 2.7308 1.2049 1.45 810.3160.083 1.9531 2.4037 1.2875 1.55 990.3870.123 2.0826 2.1094 1.3499 1.65 1140.4450.162 2.1788 1.8641 1.3902 1.70 1290.5040.214 2.2667 1.6889 1.4487 1.75 1440.5630.273 2.3479 1.5174 1.4947 1.80 1600.6250.343 2.4284 1.3310 1.5282 1.85 1740.6800.414 2.4945 1.1707 1.5458 1.90 1880.7340.492 2.5570 1.0066 1.5438 1.90 2120.8280.647 2.65720.7307 1.4997 1.90 2280.8910.764 2.71980.5437 1.4290 2.00 251 1.000 1.000 2.82250.5437 1.5408 2.00不能小于1.6,表3最后一列为经过人为调整后使得风振系数沿高度加权值不小于1.6后的风振系数取值,考虑到输电塔结构的特点,已经在横担处的风振系数取值适当放大.2 结 论由于按荷载规范方法和按常用输电塔近似公式计算大跨越塔的结构第一自振周期都存在缺点,而且其提供的第一振型参数在输电塔使用频率较高的区段分类不够细化,不能完全适用于输电线路设计.本文针对三江口长江大跨越塔工程实例,用有限元计算软件SA P2000建立该塔结构空间模型,分析结构的动力特性,得到该塔的自振周期及相应的振型,以此结果计算结构的风振系数,并根据电力规范的要求对风振系数进行加权调整,对大跨越塔设计具有一定参考意义.参考文献:[1] 胡 松,唐国安,杨元春.输电线路大跨越塔的自振特性研究[J].钢结构,2000,15(1):47.[2] 李宏男,王前信.大跨越输电塔体系的动力特性[J].土木工程学报,1997,30(5).[3] 傅鹏程,邓洪洲,吴 静.输电塔结构动力特性研究[J].特种结构,2005(1).591。