特高压输电塔脉动风场模拟分析
第３７卷第２６期 ・４６・ ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．２６ Ｓｅｐ． ２０１１
文章编号：１００９－６８２５（２０１ １）２６—００４６—０３
特高压输电塔脉动风场模拟分析
郭启波
摘要：运用谐波合成法对输电塔线体系进行了顺风向脉动风场模拟，通过对模拟脉动风的功率谱与目标功率谱的验 证，指出该方法能准确有效的模拟出符合要求的随机变量。 关键词：特高压，输电塔，脉动风场，模拟 中图分类号：ＴＵ３５２．２ 文献标识码：Ａ
０ 引言 输电塔多为格构式塔线体系，与通常的结构风荷载作用模型 不同，由于缺乏相应的观测资料和试验结论，还没有得到普遍认 同的风荷载作用模型。格构式塔在风荷载作用下不仅发生顺风 向振动，而在横风向也会发生相同量级的振动。实际上，格构式 塔横风向动力风荷载的形成原因不是各个构件尾流中旋涡脱落 的一种简单集合，而是来流穿绕格构式塔架时，各构件尾流相互 干扰形成的某种较大尺度的尾流。由于目前条件的限制，现场实 测的脉动风速时程信号非常有限，并且项目建成前所取得的短期 风速记录资料未能考虑风速的空间相关性。用实测的风速时程 进行风振分析有一定的局限性，利用谐波合成法进行人工风速时 程的模拟能很好的解决这个问题。 １ 三维空间脉动风场模拟 目前，国内外对脉动风速时程的模拟方法主要有三类。一类 是利用三角函数叠加的谐波合成法（ｗＡｗｓ）；第二类是基于数字 滤波技术的线性滤波法，如自回归算法（ＡＲ）、移动平均算法 （ＭＡ）及自回归移动平均算法（ＡＲＭＡ）等；第三类方法是利用小 波在时域和频域上同时具有良好局部化特性，采用离散小波变换 重构风速时程。 １．１谐波合成法 考虑一个一维ｒ／，变量的平稳高斯随机过程｛ （￡）｝（ ＝１，２，…， ｎ），其互相关函数矩阵为：
Ｒ（ ）＝
互谱密度矩阵为
Ｓ（∞）＝ Ｒｌ１（ｒ） Ｒ２ｌ（７）
Ｒ １（７－）
Ｓ１１（ ） Ｓ２１（∞）
Ｓ （∞） Ｒ１２（ｒ） （．ｒ）
ＲＪＩ２（．ｒ）
Ｓｌ２（ ） （∞）
Ｓ （ ） Ｒ１ （ｒ） ２ （Ｊｒ）
Ｒ （ｒ）
Ｓｌ （∞） ｓ２ （∞）
Ｓ （山） （２）
互相关函数矩阵的元素与互谱密度矩阵的元素存在如合维 纳一辛钦（Ｗｉｅｎｅｒ－Ｋｈｉｎｔｃｈｉｎｅ）关系式： （ ）＝ Ｊ一 （ｒ）ｅ—ｄ （３）
＾∞ （ｒ）＝ｆ一 （∞）ｅ 幽 （４） 根据Ｓｈｉｎｏｚｕｋａ的理论，随机过程｛ （ｔ）｝的样本可由下式来 模拟： ， Ｎ 删＝２ Ｉ （ ）ＩＣＯ８［ｇＯｚ，ｆ＿ ）＋ ］
（５） 其中，Ⅳ为采样频率点数，理论上应有Ⅳ一。。，实际上Ⅳ为一 充分大的正整数即可保证模拟的精度，为了能在计算中使用ＦＦｖｒ 技术，一般Ⅳ＝２ ， 为正整数；Ａｃｏ＝ ／Ⅳ为频率增量， 为上 界截止频率，即当∞＞∞ 时．ｓ（∞）＝０，０９ 可用下式估算： ，‘‘ ， ｔ ｆ Ｓ（ ）ｄｏ）＝（１一ｓ）Ｉ Ｓ（ ）ｄｏ） （６） Ｊ ０ Ｊ ０ 其中， 《１，例如ｓ＝０．００１； 为均匀分布于［０，２叮Ｔ）区间的 随机相位角；∞ 为频率： １ ＝（ｚ一÷）△ ，∞ｊ ＝∞ｆ＋＆Ｊｆ，ｚ＝１，…，Ⅳ （７） 厶 其中，鼬 为均匀分布于（一 ｒ／２，＆ｏ＇／２）的随机频率， 《 。 的引入是为了消除模拟随机过程的周期性，但它以牺牲 效率为代价，因而Ｊｅｆｆｒｉｅ建议最好不用随机频率措施； （∞ ）为ｓ（ ）的Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解矩阵Ｈ（ ）中的元素，即： Ｓ（∞ｆ）＝Ｈ（∞ｆ） （∞ｚ） （８）
日（ ）＝ （ ）０ …０ （ ） （ ）…０
（∞ ） （ ） … （∞ ） （９）
由于理论上｜ｓ（ ）一般是复数矩阵，因此日（ ）通常也是复数 矩阵，其对角元素为实数，非对角元素为复数。矿 （ ）为Ｈ（ ） 的共轭转置矩阵。矩阵日（ ）的元素存在如下一些关系： （ ）＝一 （ ）（Ｊ＝１，…，ｎ） （１０） （ ｆ）＝ （一∞ ）（Ｊ＝２，…，ｎ；ｍ＝１，…，ｎ一１ ＞ｍ）（１１） （ ）＝Ｉ （∞ｊ）Ｉｅ ％ （ ：２，…，ｎ；ｍ＝１，…，ｎ一１ ＞ｍ） （１２） （ ）为 （ ）的幅角： ｛ ） （１３
Ｉｍ和Ｒｅ分别表示取复数的实部和虚部。 为了避免模拟结果的失真现象，时间间隔 必须满足以下 关系式： ≤÷ （１４） ∞ｌ‘Ｄ 由以上分析可知，只要知道随机过程｛ （ｔ）｝的互谱密度矩阵 ．ｓ（∞），选择适当的采样频率点数Ⅳ，上界截止频率 和采样时间 间隔 ，就可以模拟出随机过程的时间历程。
收稿日期：２０１１—０７．０８ 作者简介：郭启波（１９８１一），男，华北电力大学工程硕士研究生，工程师，佛山供电局，广东佛山
５２８０００ 第３７卷第２６期 ２ ０ １ １年９月 郭启波：特高压输电塔脉动风场模拟分析 ・４７・
可以证明，式（５）模拟随机过程的均值为零，相关函数和功率 谱密度随Ⅳ一＊而收敛到目标相关函数和目标功率谱。 为了运用ＦＦＩ＇技术，取 ＝ 为整数，则可以将式（５）改 ｒ 写为如下形式： ｆＡｅａ ２ ｛ （ｐ 唧［ （ ）】）
（Ｐ＝０，１，…，Ｍ一１ ＝１，…，ｎ） （１５） Ｇｊ（ｐＡｔ）￣ｄ－Ｆ式给出，可通过ＦＦＴｒ进行计算： Ｅ（ｐａｔ）＝ （ｚ ）ｅｘｐ（洳２ ，ｆ） （１６）
其中， 』 （１ａｗ）：ｆ （ ）ｅｘ ｆ＜Ｎ（１７） 【
０ Ｎ≤ｚ＜Ｍ 计算过程中的目标功率谱为双边功率谱，而实际风工程常用 的一般都是单边功率谱，在用以上方法进行脉动风速的模拟过程 中要将目标功率谱转换为双边谱。 １．２脉动风模拟实例 运用上节的谐波合成法，对某±８００ ｋＶ特高压直流输电塔线 体系进行了空间三维脉动风场模拟，主要参数见表１，衰减系数 ，ｃ ， 分别取为８，１６，１０。模拟点数为６１个点，如图１所示。 表１ 模拟脉动风速时程的计算参数 参数名称 值 参数名称 值 地面粗糙长度／ｍ ０．０ｌ 塔顶来流设计风速／ｍ・Ｓ一 ４１．７２ １０ｉｎ高度平均风ｉ电／ｍ・ｓＩ１ ３０ 塔顶高度／ｍ ７８．５ 截断频率／ｒａｄ・Ｓ一 ４竹 模拟点数 ６１ 频率等分数 ２ Ｏ４８ 样本时间／ｓ ５１２ 模拟时间间隔 ０．１２５ 风速谱 Ｋａｉｍａｌ 舢一一ｌ 口（ １ｎｎ ，。 ｆ甘 ｆ止昔士山 ，止 ：…… ‘ …（１＋５ｏｆ．） 一 ’ ” ’ 摩擦速度。 。＝０．３５ｉ ，铀为地表面粗糙长度； 为高度＝处的平均速 度 ⑨
４０Ｏ ． ６００ 耐张塔 直线塔 耐张塔 图１塔线体系示意图 塔底和塔顶及中跨跨中点处三维脉动风速及功率谱密度如 图２，图３所示。 ５０ — ４５ ４０ ３５ ３Ｏ ２５ ２０ ０ １００ ２ｏｏ ３Ｏ０ ４０Ｏ ５００ ０ １００ ２００ ３００ ４ＯＯ ５００ 时间／ｔ・ｓ 时间／ｔ・ｓ ａ）第２８点顺风向 ｂ）第３８点顺风向 图２顺风向脉动风时程曲线 塔线体系中各点顺风向脉动风速时程曲线如图２所示。模 拟数据的统计分析表明，其统计特征检验符合假定条件。 为了验证模拟方法的有效性和可靠性，对模拟风速场的功率 谱与目标风速谱进行了检验，模拟点风速功率谱如图３所示。模 拟风速功率谱的谱线趋势与目标谱线是一致的，其谱线的总体均 值与目标谱也很接近。这表明，该方法能准确有效地模拟出符合 要求的三维多变量随机样本。
囊１ 茎至
第３７卷第２６期 ・４８・ ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣ ＩＵＲＥ Ｖ０１．３７ ＮＯ．２６ Ｓｅｐ． ２０１１
文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）２６—００４８—０３
相邻结构碰撞研究综述
孙文成李伟
摘要：主要介绍了结构碰撞的类型、实验和理论上的主要研究成果，并给出了避免和减轻结构碰撞的措施和建议及相 邻建筑碰撞灾害评估方法，对结构碰撞研究具有重要的指导意义和应用价值。 关键词：结构碰撞，碰撞类型，减轻碰撞 中图分类号：ＴＵ３１１ 文献标识码：Ａ
Ｏ 引言 已有的世界主要城市地震灾害调查结果表明，结构碰撞是导 致建筑破坏甚至倒塌的主要原因之一＿１ 。 从１９８５年Ｍｅｘｉｃｏ Ｃｉｔｙ地震后，有关相邻建筑之间的结构碰 撞问题引起了世界各国学术界和工程界的广泛关注，对该问题展 开了系统的试验研究和理论分析，并取得了一系列重要研究成 果 。但是，我国在这一方面的研究还比较少，随着城市化进程 的加快，加上土地资源的稀缺，城市中将出现大量相邻建筑，因此 在我国开展广泛而又深入的结构碰撞研究具有重要的理论研究 意义和工程应用价值。本文将简要介绍近年来国外有关相邻建 筑结构碰撞问题的一些主要研究方向和成果，并给出减小相邻建 筑结构碰撞影响的相关建议和相邻建筑碰撞灾害评估方法。 １ 结构碰撞破坏特征及分类 结构碰撞是指地震作用下相邻结构之间的侧向撞击，通常认 为是相邻结构动力性能的差异导致地震时的非同步振动，质量或 是刚度上的不同引起不同频率的结构振动，结构间的防震缝宽度 无法满足这种地震振动状态的要求时，结构碰撞就会发生…。 根据大量地震灾害的调查结果，按照结构碰撞破坏产生的主 要原因分类，相邻结构碰撞引起的结构性破坏可分为以下５种主 要类型 ： １）柱中碰撞破坏。由于相邻结构的楼层标高的不同，其中某 一建筑的楼板或钢筋混凝土柱与另一建筑的钢筋混凝土柱在后 者的中间部位发生碰撞，导致遭受碰撞的柱子破坏失效，如图１ａ） 所示。 ２）偏心碰撞破坏。在强震作用下，某一建筑的角部受到临近 建筑的撞击使楼层发生扭转运动，导致建筑角柱破坏失效，如图 １ｂ）所示。 ３）不同质量楼层碰撞破坏。相邻建筑结构的楼层质量可能相 差较大，楼层质量较小的建筑结构与楼层质量较大的相邻结构碰 撞时，其侧向位移往往过大而破坏，如图１ｃ）所示。
皿
ｃ）ｄ） ｅ） 图１结构碰撞破坏类型 ． ４）最末端建筑碰撞破坏。对于由密排的多栋建筑组成一排建 筑，由于地震作用下建筑的“钟摆效应”导致处于最末端的建筑或 者街道转角处的建筑产生过大的位移而发生破坏，如图ｌｄ）所示。 ５）不同高度的建筑碰撞破坏。相邻结构总高度往往相差较 大，如主群楼关系，在地震作用下，当高度较高的建筑的水平方向 侧向运动受到高度较小的建筑的突然限制时，前者位于碰撞部位 以上的楼层产生较大的惯性力，楼层剪力显著增大，导致碰撞部 位以上的楼层发生结构性破坏，如图１ｅ）所示。 甲 甲甲
图２地震碰撞研究试验设置图［７１
［１３］ 李正良，肖正直，韩枫，等．１ ０００ ｋＶ汉江大跨越特高压 技术，２００８，３２（１２）：１－５． 输电塔线体系气动弹性模型的设计与风洞试验［Ｊ］．电网 Ｔｈｅ ＵＨＶ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗｉｎｄ ｌｏａｄｉｎｇ ＧＵｏ Ｑｉ－ｂ０ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅ ａｌｏｎｇ—ｗｉｎｄ ｆｌｕｃｔｕａｎｔ ｗｉｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｗｉｎｄ ｐｏｗｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，ｐｏｉｎｔ ｏｕｔ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｒａｎｄｏｍ ｖａｒｉａｂｌｅｓ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＵＨＶ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ ｗｉｎｄ ｌｏａｄｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟
第３８卷第７期 ２０１０年７月 同济大学学报（自然科学版） ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＯＮＧＪＩ Ｕｌ虹ＶＥＩ ｎＹ（ＮＡ１１ｍＡＩ．ＳＣＩＥＮＣＥ） Ｖ０１．３８Ｎｏ．７ Ｊｕ１．２０１０
文章编号：０２５３．３７４Ｘ（２０１０）０７—０９７６—０６ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－３７４ｘ．２０１０．０７．００６
基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟
贺广零，李杰 （同济大学建筑工程系，上海２０００９２）
摘要：为了准确确定作用于桨叶和塔体的风荷载，研究了基 于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟问题．依据随机过 程的随机函数描述，提出了基于物理机制的旋转Ｆｏｕｒｉｅｒ互 谱，有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上不同点风速之间的 相关性．然后，对旋转Ｆｏｕｒｉｅｒ谱（随机Ｆｏｕｒｉｅｒ谱）作逆 Ｆｏｕｒｉｅｒ变换，实现了桨叶（塔体）的风场模拟．最后，结合典型 的１．２５ ＭＷ三桨叶变桨距风力发电高塔系统，进行了纵向 风速场数值仿真研究．算例表明，该算法可以准确地模拟给 定风环境的风力发电高塔系统脉动风速时程． 关键词：风力发电高塔系统；随机函数；物理机制；旋转 Ｆｏｕｒｉｅｒ谱；风场模拟 中图分类号：ＴＫ ８１ 文献标识码：Ａ
Ｗｉｎｄ Ｆｉｅｌｄ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｎｄ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ
ＨＥＧｕａｎｇｌｉｎｇ，ｕ ３ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｅｘａｃｔ ｗｉｎｄ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｌａｄｅｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ，ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍｓ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｏｃｈａｓｔｉｃ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ，ｔｈｅ ｃｒｏｓｓｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｂｌａｄｅｓ．Ｔｌｌｅｎ，ｗｉｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ ｏｎ ｂｌａｄｅｓ（ｏｒ ｔｈｅ ｔｏｗｅｒ）ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｉｎｖｅｒｓｅ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ（ｏｒ ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ）．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ ｗｉｎｄ ｆＩｅｌｄ ｏｆ ａ １．２５ＭＷ ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｉｓ ｏｆ ｈｉｇｈ ａｃｃｕｒａｃｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄ ｔｕｒｂｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ；ｒａｎｄｏｍ ｆｕｎｃｔｉｏｎ；ｐｈｙｓｉｃａｌ ￣ＳｌＩ１；ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｏｕｒｉｅｒ ｓｐｅｃｔｒｕｍ；ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 随机风场作用下结构的响应以及动力可靠度是 工程界普遍关心的问题．为了分析结构的时域风振 响应，需要通过风场模拟，生成具有结构所在场地风 荷载统计特性的样本函数．研究现有的风场模拟方 法（如谐波合成［卜引、线性滤波器［。叫 和小波分 析［５ ］等），不难发现，这些方法都基于功率谱密度 函数．而在本质上，功率谱密度函数（包括自谱和互 谱）是对平稳随机过程的数值特征描述，很难反映本 源随机过程的丰富概率信息，由此也导致了对结构 进行精细化随机振动反应分析的困难［７］．事实上，即 使是平稳过程，仅依据数值特征解答也很难获得结 构动力可靠度的精确解答．近期，李杰和张琳琳从随 机函数的角度出发研究随机过程，将脉动风速时程 样本经Ｆｏｕｒｉｅｒ变换得到的Ｆｏｕｒｉｅｒ谱视为随机函 数，提出了随机Ｆｏｕｒｉｅｒ谱的概念，获得了随机 Ｆｏｕｒｉｅｒ幅值谱经验物理公式，从而探索了一条从物 理本质上反映随机过程的新道路Ｅ８］．在随机Ｆｏｕｒｉｅｒ 谱的基础上，贺广零和李杰针对风力发电高塔系统， 提出了考虑桨叶旋转效应的旋转Ｆｏｕｒｉｅｒ物理谱［９］． 在此基础上，笔者首先提出了基于物理机制的旋转 Ｆｏｕｒｉｅｒ互谱，有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上 不同点风速之间的相关性．结合典型的１．２５ ＭＷ三 桨叶变桨距风力发电高塔系统，对旋转Ｆｏｕｒｉｅｒ谱 （随机Ｆｏｕｒｉｅｒ谱）进行逆Ｆｏｕｒｉｅｒ变换，生成了作用 于桨叶（塔体）的风速时程．
高压输电线路塔线体系动力学分析
高压输电线路塔线体系动力学分析
发布时间：2021-09-16T06:23:38.210Z 来源：《工程管理前沿》2021年第14期 作者： 谢鑫
[导读] 输电线路是由一定刚度的桁架结构的输电铁塔和可以看成悬链结构的导地线组成，
谢鑫
清远市电创电力工程安装有限公司 广东省清远市 511500
摘要：输电线路是由一定刚度的桁架结构的输电铁塔和可以看成悬链结构的导地线组成，在动态荷载作用下，铁塔结构和导线的震动会产生较大的位移和应力变化。由于塔线体系是在空间上复杂的耦合体系，在动载作用下的动力响应表现为明显的随机性和几何非线性特
征。应用ANSYS对超高压铁塔进行建模，认为杆件的偏心和螺栓等附件质量对结构存在影响，分别采用角钢朝向定位和质量增大的方法抵
消误差，结果更为准确。应用仿真软件对同塔双回特高压进行建模，并对三维建模的方法进行讨论。在高压铁塔结构中加入了拉索结构模
拟导线，并将铁塔进行分段研究的一种建模方法。对高压铁塔各个部件进行了简化，得到了三维模型，研究了各个方向和不同的铁塔形式
的地震下杆塔稳定情况。
关键词：塔线体系;导线找形;模态分析;动力特性
引言
特高压输电线路大部分经过非居民区的丘陵和丛林地带，在结构上具有杆塔高和导线截面大的特点，根据风速在地形和高度上的变化规律，其受到的风荷载将大于高压线路所受风荷载，导致塔线体系风振响应变大，导致高空作业人员的身体和心理的压力增大，一定程度
上增加了高塔作业人员的高空坠落的风险。因此，针对登塔作业应用场景的特高压输电线路塔线体系，获得风工况下的风致振动特性，评
估其对登塔作业人员的影响，对确保作业和人员安全，构筑本质安全的高空作业具有重要意义。针对结构振动对人的影响方面国内外学者
侧重于建筑物和交通工具等的研究。建立了 14 自由度“人-铺-车辆”振动系统空间垂向耦合动力学模型,研究了在轨道随机不平顺激励下的卧
姿人体垂直振动响应。建立带有三维实体韧带的 L2-L3 节段多孔弹性人体腰椎有限元模型，观测车辆正常行驶所引起的不同振动频率对腰
风力发电场的潜在安全风险分析与模拟
风力发电场的潜在安全风险分析与模拟
风力发电场是一种新兴的清洁能源，正在逐步取代传统的能源来源。它通过风轮转动产生电力，可以大量减少对环境的污染和对资源的消耗。
然而，风力发电场在建设和运营过程中也存在一定的安全风险。本文将就其安全风险进行分析，并模拟可能的事故场景。
风机叶片断裂风险
风机叶片是风力发电场的核心组成部分，也是最容易受损的部分之一。在持续的高速转动过程中，风机叶片可能发生断裂，造成电站设备和人身损伤。
在实际中，风机叶片断裂的原因有许多，其中最主要的原因就是常规的磨损、腐蚀、疲劳、过热等情况。对于这些情况，实时监控和维护是非常必要的。
在模拟场景中，我们可以设想，一台正在运转的风机突然发生叶片断裂，导致其它叶片跟随着断裂，最终全机坠毁。此时，会引发周围范围内的电力过载，同时可能会对附近的动植物和人员造成威胁。
塔架失稳风险
风机的塔架是它支撑整座风电场的“骨架”，是非常重要的构成部分。但在一些情况下，塔架也会失稳，导致整座风电场受到严重的破坏。
塔架失稳的原因也是多方面的，这种情况通常是因为风机超载、楼基下降、土地萎缩等原因造成的。在建设的过程中，应该留足够的安全空间，避免塔架发生压力过大。
在模拟场景中，我们可以设想，一座塔架因为某些原因发生倾斜，最终导致其它塔架也相继倾斜，整个风电场逐渐瓦解。这种情况下，不仅会造成经济损失，还可能会对周围的居民产生威胁。 电涌风险问题
除了叶片断裂和塔架失稳问题外，风力发电场在运行中还面临着电涌风险的问题。在发电过程中，电涌是不可避免的，特别在受到雷击时，电涌的风险更大。
为了最大程度降低电涌风险，风电场需要使用专门的电涌保护器和避雷针设备。同时，还需要定期进行检测和维修。
在模拟场景中，我们可以设想，一座风力发电场受到强烈的雷击，电涌直接导致电子设备报废，整座风电场陷入瘫痪状态，不仅会造成严重的经济损失，而且也会对周围居民的生活带来影响。
特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析
第２５卷 第４期 ２００８年１２月 建筑科学与工程学报
Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．４ Ｄｅｃ．２００８
文章编号：１６７３—２０４９（２００８）０４—００２３—０８
０ 特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析
又 洪洲，司瑞娟
（同济大学建筑工程系，上海２０００９２）
摘要：针对特高压大跨越输电塔跨越档距大、塔体高且负荷重的特点，从材料选取、导线排列方式、
结构动力特性以及风振响应等几个方面对１ ０００ ｋＶ特高压双回路跨越输电塔进行分析，总结了所 研究塔型的动力特点，对其风振系数进行了计算和讨论，并根据动力特性分析提出了结构设计中风
振系数的取值方法。结果表明：风振系数具有较大的离散性，不同塔身高度应取不同的值进行计
算；该方法为特高压大跨越输电塔的结构设计提供了参考。 关键词：特高压；大跨越输电塔；动力特性；风振系数；风振响应
中图分类号：ＴＵ３１１．３ 文献标志码：Ａ
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ａｎｄ Ｗｉｎｄ—ｉｎｄｕｃｅｄ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ
ＵＨＶ Ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｗｅｒｓ
ＤＥＮＧ Ｈｏｎｇ—ｚｈｏｕ，ＳＩ Ｒｕｉ—ｊ ｕａｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｅｄ ｔＯ ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ（ＵＨＶ）ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ ｂｅｉｎｇ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ，ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ａｎｄ ｈｅａｖｙ ｌｏａｄ，ｍａｔｅｒｉａｌ ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ，ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ａｒｒａｎｇｉｎｇ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ａｎｄ ｗｉｎｄ—ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅ，１ ０００ ｋＶ ＵＨＶ ｄｏｕｂｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ ｔｏｗｅｒｓ ｗｅｒｅ
山地风场中特高压输电塔线体系动力可靠度研究
第３１卷第２０期 振动与冲击 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩＢＲＡＴＩＯＮ ＡＮＤ ＳＨＯＣＫ
山地风场中特高压输电塔线体系动力可靠度研究
李正良 ，韩枫 ，张春涛 ，范文亮 ，孙毅
（１．重庆大学土木工程学院，重庆４０００４５；２．重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室，重庆４０００４５）
摘 要：山地风场因受山体的干扰作用具有与平地风场截然不同的特征，对山地地形中结构高、跨度大和电压等 级高的特高压输电塔线体系进行风振响应研究时，无法采用现有适用于平地风场的计算方法。为此，在风洞试验的基础 上，首先对三类山地地形的不同工况，即单个山体的８种坡度，单个山体的３种高度以及两个山体的３种遮挡间距，对风 场的影响分别进行了研究。通过对各工况下山体迎风面、山顶和背风面的平均风速加速比及湍流度的变化情况进行分 析，提出了相应的修正公式，有效地考虑山地地形对风场的影响，得到了各工况下山地风场的平均特性和脉动特性。然 后，基于试验数据及风场模型采用有限元计算理论对特高压输电塔线体系在各工况的风场条件下进行动力时程分析，并 根据随机结构动力可靠度计算方法分别计算出各工况下特高压输电塔体的动力可靠度。最后，通过对比分析发现了不同 山地地形条件下各工况中迎风面、山顶及背风面的不同位置输电塔体动力可靠度的变化规律。 关键词：山地风场；特高压输电塔；动力可靠度；加速比；湍流度 中图分类号：ＴＵ３９２．６ 文献标识码：Ａ
Ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａ ＵＨＶ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ－ｌｉｎｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｈｉｌｌｙ ｔｅｒｒａｉｎ ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ
Ｌ／Ｚｈｅｎｇ—ｌｉａｎｇ 一，ＨＡＮ Ｆｅｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｕｎ—ｔａ０ ，ＦＡＮ Ｗｅｎ—ｌｉａｎｇ 一，ＳＵＮ Ｙｉ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｅａ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５，Ｃｈｉｎａ）
基于高频动态天平试验的特高压输电塔风荷载谱研究
中文摘要
I
摘 要
特高压输电塔作为一种高柔且风敏感性极强的结构，其风效应成为控制结构
安全性的主要因素，而风荷载谱作为风效应中的前提条件，在现有的研究中仍存
在较大不确定性。当仅考虑结构一阶振型影响且假定一阶振型是线性时，高频测
力天平试验得到的刚性模型基底弯矩即是该方向上的一阶广义荷载。对于输电塔
这种高耸柔性结构的风振响应一般仅考虑一阶振型的影响，且当模型刚度较大时
基本可以满足一阶线性振型的假定，因此可以通过高频动态天平风洞试验得到输
电塔的风荷载谱。本文以某±800千伏特高压输电塔为对象，结合3D打印技术设
计了高精度的输电塔模型，在B类地貌湍流风场中完成了逐段截短的全塔和塔段
的高平动态天平试验，并对湍流流场中的典型塔段三分力系数和风荷载谱进行了
研究，主要工作及结论如下：
① 输电塔精细风洞试验模型设计与制作。基于3D打印技术和线切割加工技
术，分别对输电塔风洞试验模型的节点和构件进行精加工，制作了外形严格几何
相似的输电塔风洞试验模型。模型实测结果表明该模型刚度较大，可以满足高频
动态天平试验的要求。
② 为考虑输电塔段上下相邻塔段的影响，通过逐段截短的方式自上而下逐步
完成不同高度的塔段天平试验，并基于三分力系数公式分别计算了不同工况时湍
流流场中的不同塔段的三分力系数。结果表明塔头及塔脚以及与之毗邻的格构层
具有较高的体型系数；随风向角的增加，升力系数呈逐渐递增趋势；阻力系数呈
现抛物线型趋势，在15°时最大；升力均方根系数随着角度增加成线型趋势单调
递增；阻力均方根系数呈现出较小程度的先增后减趋势，在15°及30°存在系数
最大值；塔头与塔身连接处以及塔脚与塔身连接处格构层存在较大的扭转。
③ 由于模型与天平组成的系统不是完全刚性，天平测得的弯矩谱存在较为明
显的共振影响，通过推导滤波公式将该共振影响过滤。进一步根据Davenport脉动
风速功率谱统一公式拟合相应参数得到风洞风场的风速谱，再根据天平试验所得
荷载谱及弯矩谱进与基于准定常假定的风速谱与荷载谱关系拟合广义荷载谱公式，
二维空间脉动风场波数-频率联合功率谱表达的FFT模拟
二维空间脉动风场波数-频率联合功率谱表达的FFT模拟
高层建筑、风力发电高塔、大跨屋盖、输电塔线体系和桥梁等高柔大跨结构对风荷载往往十分敏感。由于风荷载中的脉动分量具有较强的随机性，将使上述风敏感性结构发生多种形式的风致振动，甚至可能发生动力失稳，极大降低结构的安全性，因此结构风致响应分析问题一直备受学术界和工程界的关注。结构的随机动力响应分析一般可在频域和时域内进行。频域方法往往较为简便高效，遗憾的是它只适用于线性系统[3-4]，而大多数结构在强动载条件下将进入非线性阶段，甚至一些结构在正常工作条件下就已处于复杂的非线性状态，如风力发电系统结构。因此时域分析方法是结构非线性随机动力响应与可靠性分析的必然选择。在时域分析过程中，脉动随机风场模拟是其中的首要环节。
空间中任意一点的风速可分解为沿水平方向的平均风速U和沿3个相互垂直方向的脉动风速。对于高柔结构体系，3个脉动分量之间的相关性可以忽略，因此高柔结构的脉动风场模拟可单独考虑为1个方向的脉动分量。本文以风力发电高塔为分析对象，重点关注顺风向分量u。实测表明，u同时随着时间和空间位置变化。因此，在风场模拟中，通常选取一系列空间点进行脉动风速时程的模拟。这种方法是将脉动风场描述为随机向量过程。为此需要引入互功率谱密度矩阵以刻画该随机向量过程的统计特征[7-8]。基于此，可采用谱表达方法或者线性滤波等方法进行脉动风场的时域模拟。其中，谱表达方法算法简单且结果精度较高，获得了广泛的应用[9-10]。该方法在风场模拟过程中需要针对每个离散频率点进行互功率谱矩阵的Cholesky分解[11-12]，当离散空间点数较多时，矩阵分解的效率很低，甚至可能出现数值不稳定的问题。虽然国内外学者对此提出了改进措施，如对互功率谱矩阵进行本征正交分解（POD）、引入快速Fourier变换等[13-15]，但仍然难以避免互功率谱矩阵的分解，数值不稳定问题依然存在。
输电塔脉动风时程模拟的自回归模型技术
６ 浙江电力 ＺＨＥＮＧＩＩＡＮＧ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＰＯＷＥＲ ２００６年第２期
输电塔脉动风时程模拟的自回归模型技术
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ Ｗｉｎｄ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｗｅｒ ｂｙ
Ｕｓｉｎｇ Ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ Ｍｏｄｅｌ Ｍｅｔｈｏｄ
祝 贺
（东北电力大学建筑工程学院，吉林 吉林１３２０１２）
摘要：针对输电塔的结构特点，结合自然风特性，提出采用自回归模型方法求取铁塔脉动风随机过
程。应用脉动风速和脉动风压的概率统计方法，找出适合输电塔的自回归模型的阶数。在通用有限元
程序ＡＮＳＹＳ中实现了输电铁塔水平脉动风压时程模拟，经算例分析，计算快速准确。
关键词：输电塔；模拟；风荷载；自回归模型
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｅａｔｕｒｅｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｙｌｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏＩＴｅｌａｔｉｏｎ ｏｆ
ｔｈｅ ｎａｔｕｒａｌ ｗｉｎｄ。ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ａｕｔｏ—ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｏｄｅｌ（ＡＲ ｍｏｄｅ１）ｉｎ ｔｉｍｅ ｓｅｒｉｅｓ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ
ｓｕｉｔａｂｌｅ ｓｔｅｐ ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ａｕｔｏ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ ｉｓ ｆｏｕｎｄ．Ａ ｒｅａｌ ｐｒｏｊｅｃｔ ｉｓ ｔｒｅａｔ－
ｅｄ ａｓ ａｎ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎ ＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｈｅｒｅ ａｒｅ
ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ａｎｄ ｆｅａｓｉｂｌｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ；ｉｍｉｔａｔｉｏｎ；ｗｉｎｄ ｌｏａｄ；ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｍｏｄｅｌ 中图分类号：ＴＭ７２６．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—１８８１（２００６）０２—０００６—０３
脉动风场的模拟方法及其在输电线路风振计算中的应用
脉动风场的模拟方法及其在输电线路风振计算中的应用
沈国辉;黄俏俏;郭勇;邢月龙;楼文娟;孙炳楠
【摘 要】针对脉动风场各种模拟方法的适用性问题,在相同的输电塔线实例上进行模拟方法的应用,对比各种方法的计算效率和计算结果,分析各种模拟方法的适用性和等价性,最后探讨单塔和塔线体系计算结果的差异.研究表明:基于POD分解的WAWS法不存在风速互谱密度矩阵无法分解的情况,计算效率较高,因此推荐使用.考虑三维风场后响应的脉动均方根比一维风场大；塔线体系中计算得到的响应均方根比单塔大.%Different wind field simulation methods are applied to the
same transmission line to illustrate whether these methods are suitable to
simulate fluctuating wind field.The calculating efficiency and results based
on these methods are compared and the applicability of these methods is
studied.The difference between the results based on the model of an
isolated tower and transmission-line system is also investigated.Results
from this study show that, the WAWS method with POD decomposition is
highly recommended because this method is quite efficient and does not
encounter the problem that the cross spectrum matrix of wind velocities
基于谐波合成法的脉动风场模拟
基于谐波合成法的脉动风场模拟
摘 要
在建筑结构的现代设计中，抗风设计在建筑安全设计逐渐占有的着越来越重要的地位。但受困于现有实测数据的局限性，风模拟的重要性日益得到凸显。
本文首先简述了对风的认识、风荷载研究发展历程和风荷载对建筑的影响。而后概述平均风、脉动风、旋涡等风场基本元素的特性，并且回顾近年来风模拟研究进展，介绍利用谐波合成法进行风的数值模拟的想法。最后通过对模拟生成数据与现有实测数据的对比，验证了谐波合成法脉动风模拟的可行性。
关键词：风荷载；谐波合成法；脉动风
1 1、绪论
1.1、对风的基本认识
空气的流动是风形成的本质原因，这是现象是由于太阳热辐射而产生的自然现象。太阳的热辐射到达地表，使其温度上升高，地表附近的空气受热,因密度变小而上升。向上的热空气因渐渐变冷密度增大而下落。由于地表一直接受着太阳的照射，所以温度比高空空气高，它加热的空气又会继续上升，这种原因导致的空气循环就是风形成的本质。虽然其流动的方向看似确定，但空气移动的速率和方向却是有着随时间、空间的变化而会产生随机性变化的特点。风的这种特性是可以利用风速剖面、脉动风的湍流强度、湍流积分尺度、湍流功率谱密度函数等随机概率特性进行叙述解释的[1]。
1.2、脉动风模拟研究意义
随着经济的飞速发展，生活水平不断提高，多种建筑形式也在不断进入我们的生活。对于建筑结构提出了更高的要求。从前的低矮建筑样式在防灾减灾方面主要考虑抗震性方面的因素。而随着建筑结构向着更高、更大、更复杂的方面发展，对高耸结构、高层建筑结构、大跨度空间结构、高压输电塔线体系等结构的安全性研究就变得日益重要。从前对于低矮建筑结构的抗灾要求已远远不能满足现今复杂建筑结构的安全需求。其中风荷载是当今现代高层、复杂的建筑结构体系设计中必需要考虑到的一类非常重要的荷载。事实上，我们为能计算出正确可靠的结构抗风性能，应该求出结构的反应概率密度分布关于时间变化的过程，并且在实际的大气边界层湍流中，脉动风速不仅随时间改变，而且还具有与空间位置的相关性。但是现在的现实情况是没有足够的现场实测的风速数据，整合难度大并且参考价值比较的小,因为现在的实测数据大部分为点分布，没有区域性的资料，而且由于地理环境等因素的改变，数据也需要不断更新，当一个建筑要开工建设之前通常只有很短的时间留给风速资料的收集，而且这样的数据一般也不会考虑风速与空间的相关关系。所以，由于实测资料的限制，使用实测风速资料的局限性很大，进而，利用计算机进行人工对风场的模拟是一个十分可行的方法。