高压输电塔风荷载及风效应研究

前言

第1章 绪论

1.1 输电塔线体系风振响应研究综述

1.1.1 研究意义

1.1.2 输电塔线体系风振响应研究进展

1.2 国内外输电线系统风荷载规范概述

1.2.1 国际电工委员会输电线设计标准[IEC60826(2003)]

1.2.2 欧洲(英国)规范(BSEN1993—3—1：2006，BSEN1991—1—4：2005)

1.2.3 ASCE标准(No.74，2009)

1.2.4 中国规范(GB50545—2010)

1.3 存在的问题和不足

1.4 研究内容

第2章 格构式输电塔片段刚性模型测力风洞试验

2.1 引言

2.2 片段刚性模型高频动态天平测力风洞试验概要

2.2.1 高频动态天平试验原理简介

2.2.2 风洞简介

2.2.3 数据处理

2.3 输电塔头、塔身风力特征

2.3.1 风力系数

2.3.2 基底剪力、扭矩功率谱密度

2.3.3 基底剪力、扭矩的相干性

2.3.4 风荷载作用机理试分析

2.3.5 静动力折算高度

2.4 本章小结

第3章 格构式输电塔外加风荷载简化数学模型

3.1 引言

3.2 最小二乘法基本原理

3.3 风力系数拟合

3.3.1 多项式阶次的选取

3.3.2 平均风力系数拟合公式

3.3.3 脉动风力系数拟合公式

3.4 功率谱拟合

3.4.1 顺风向基底剪力功率谱密度

3.4.2 横风向基底剪力和基底扭矩功率谱密度

3.4.3 功率谱曲线拟合误差 3.5 本章小结

第4章 输电塔风致响应及参数分析

4.1 引言

4.2 格构式输电塔风致响应计算方法

4.2.1 气动力的确定 4.2.2 时程分析方法

4.2.3 平稳激励下线性系统随机振动的模态叠加法

4.2.4 格构式输电塔风致响应分析计算流程图

4.3 输电塔风振响应计算

4.3.1 结构风振响应计算参数的选取

4.3.2 有限元模型的建立荷载输入点的选取

4.3.3 结构模态分析

4.3.4 风振响应时、频域结果比较

4.3.5 输电塔响应随风向变化

4.3.6 结构响应的功率谱特性

4.4 输电塔风振响应的参数分析

4.4.1 结构阻尼比

4.4.2 参振模态的数目

4.4.3 模态交叉项 4.5 酒杯型塔与鼓型塔响应比较

4.6 输电塔简化计算模型

4.6.1 简化模型的建立

4.6.2 响应比较

4.6.3 误差及简化方法适用范围分析

4.6.4 气动阻尼

4.7 本章小结

第5章 输电塔等效静力风荷载及规范比较

5.1 引言

5.2 等效静力风荷载简介

5.3 结构风致响应及等效静力风荷载

5.3.1 风致响应

5.3.2 等效静力风荷载

5.4 输电塔风荷载规范及试验比较

5.4.1 基本风速

5.4.2 风力系数(focecoefficient)

5.4.3 阵风荷载因子

5.4.4 荷载因子(荷载系数 )

5.4.5 等效静力风荷载计算流程

5.4.6 500kV典型输电塔等效风荷载及风振响应比较

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 研究总结

6.1.1 格构式输电塔风荷载特性

6.1.2 典型输电塔风致响应

6.1.3 风荷载模型及响应规范比较

6.2 研究展望参考文献 2100433B

本文将典型高压输电塔分为塔头、塔身和塔腿三部分，应用高频天平测力风洞试验技术，分别研究了塔头、塔身结构风荷载特性及作用机理。根据试验结果建立了结构风荷载的解析模型，计算了输电塔的风致响应，分析了结构阻尼比、模态数目等参数对响应的影响。采用广义阵风因子法给出了输电塔等效静力风荷载计算方法，对比了不同规范给出的等效静力风荷载，所得结论对完善我国输电塔风荷载规范条文有参考价值。

低矮建筑房屋高度低，风荷载易受到周围建筑物的干扰效应影响，建筑物表面风压分布与单体建筑物存在较大区别。本项目通过风洞实验，并结合CFD数值模拟，针对工业园区低矮建筑群和处于城市中心区的低矮建筑物等两大类典型建筑群开展干扰效应研究；针对平屋面低矮建筑群，系统研究了风向、间距等对2个相同低矮建筑物、1排3列、3排1列以及多排多列低矮建筑群的风荷载干扰效应影响规律，给出了屋面平均风压和极值风压系数的干扰因子变化规律，建筑群角部建筑物风荷载放大效应明显，其建筑物屋面角部区域放大更为明显，中心区域建筑物主要呈现遮挡效应；给出了不同建筑群布置下，建筑物之间流动模式的界限，阻力系数曲线在不同流动模式间距界限处出现跳跃性变化，建筑物表面风压也呈现特殊分布形式；揭示了非均匀地形条件下单体建筑物和群体建筑物的风荷载变化规律，建筑物之间距离较近时干扰效应受非均匀地形影响比建筑物间距较大时的影响更为显著；研究了高层建筑对低矮建筑物风荷载的影响规律，高层建筑物对低矮建筑物的风压特性影响显著，当低矮建筑物位于高层建筑物迎风上游时，距离较近时出现明显的正压现象，当位于高层建筑物的迎风下游时，低矮建筑物表面负压出现明显的放大现象，且间距越近，高层建筑物高度越大时，影响越显著。 2100433B

低矮房屋在风灾中破坏所造成的损失超过总损失的半数，而其破坏往往是从表面围护体系的破坏开始的，改善建筑物外形是解决低矮房屋抗风问题的最有效途径。选择我国东南沿海强台风区具有我国地域和民族特征的的典型民居建筑，通过一系列的风洞模型试验，系统研究其表面的风荷载分布特征，为荷载规范中相关条文的修订提供参考；采用CFD数值模拟方法，对风洞试验中应用的部分典型建筑风荷载进行计算并与之对比；在此基础上，利用数值模拟方法方便变化参数的优势，深入分析各种屋檐构造特征（女儿墙、挑檐和檐口形状）对低矮房屋屋面风荷载的影响，提出有效的抗风措施；研究屋面关键部位（角部、边缘和屋脊）的脉动压力的非平稳性以及分布特性，提出峰值压力的合理估算方法。在上述研究的基础上，深入认识低矮房屋的风荷载作用机理和破坏机理，提出适合我国的低矮房屋抗风设计方法，提高我国东南沿海强台风区低矮房屋的抗风能力，显著减轻风灾损失。 2100433B