高壓輸電塔風(fēng)荷載及風(fēng)效應(yīng)研究

前言

第1章 緒論

1.1 輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)研究綜述

1.1.1 研究意義

1.1.2 輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)研究進(jìn)展

1.2 國內(nèi)外輸電線系統(tǒng)風(fēng)荷載規(guī)范概述

1.2.1 國際電工委員會輸電線設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)[IEC60826(2003)]

1.2.2 歐洲(英國)規(guī)范(BSEN1993—3—1：2006，BSEN1991—1—4：2005)

1.2.3 ASCE標(biāo)準(zhǔn)(No.74，2009)

1.2.4 中國規(guī)范(GB50545—2010)

1.3 存在的問題和不足

1.4 研究內(nèi)容

第2章 格構(gòu)式輸電塔片段剛性模型測力風(fēng)洞試驗

2.1 引言

2.2 片段剛性模型高頻動態(tài)天平測力風(fēng)洞試驗概要

2.2.1 高頻動態(tài)天平試驗原理簡介

2.2.2 風(fēng)洞簡介

2.2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3 輸電塔頭、塔身風(fēng)力特征

2.3.1 風(fēng)力系數(shù)

2.3.2 基底剪力、扭矩功率譜密度

2.3.3 基底剪力、扭矩的相干性

2.3.4 風(fēng)荷載作用機(jī)理試分析

2.3.5 靜動力折算高度

2.4 本章小結(jié)

第3章 格構(gòu)式輸電塔外加風(fēng)荷載簡化數(shù)學(xué)模型

3.1 引言

3.2 最小二乘法基本原理

3.3 風(fēng)力系數(shù)擬合

3.3.1 多項式階次的選取

3.3.2 平均風(fēng)力系數(shù)擬合公式

3.3.3 脈動風(fēng)力系數(shù)擬合公式

3.4 功率譜擬合

3.4.1 順風(fēng)向基底剪力功率譜密度

3.4.2 橫風(fēng)向基底剪力和基底扭矩功率譜密度

3.4.3 功率譜曲線擬合誤差 3.5 本章小結(jié)

第4章 輸電塔風(fēng)致響應(yīng)及參數(shù)分析

4.1 引言

4.2 格構(gòu)式輸電塔風(fēng)致響應(yīng)計算方法

4.2.1 氣動力的確定 4.2.2 時程分析方法

4.2.3 平穩(wěn)激勵下線性系統(tǒng)隨機(jī)振動的模態(tài)疊加法

4.2.4 格構(gòu)式輸電塔風(fēng)致響應(yīng)分析計算流程圖

4.3 輸電塔風(fēng)振響應(yīng)計算

4.3.1 結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)計算參數(shù)的選取

4.3.2 有限元模型的建立荷載輸入點(diǎn)的選取

4.3.3 結(jié)構(gòu)模態(tài)分析

4.3.4 風(fēng)振響應(yīng)時、頻域結(jié)果比較

4.3.5 輸電塔響應(yīng)隨風(fēng)向變化

4.3.6 結(jié)構(gòu)響應(yīng)的功率譜特性

4.4 輸電塔風(fēng)振響應(yīng)的參數(shù)分析

4.4.1 結(jié)構(gòu)阻尼比

4.4.2 參振模態(tài)的數(shù)目

4.4.3 模態(tài)交叉項 4.5 酒杯型塔與鼓型塔響應(yīng)比較

4.6 輸電塔簡化計算模型

4.6.1 簡化模型的建立

4.6.2 響應(yīng)比較

4.6.3 誤差及簡化方法適用范圍分析

4.6.4 氣動阻尼

4.7 本章小結(jié)

第5章 輸電塔等效靜力風(fēng)荷載及規(guī)范比較

5.1 引言

5.2 等效靜力風(fēng)荷載簡介

5.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載

5.3.1 風(fēng)致響應(yīng)

5.3.2 等效靜力風(fēng)荷載

5.4 輸電塔風(fēng)荷載規(guī)范及試驗比較

5.4.1 基本風(fēng)速

5.4.2 風(fēng)力系數(shù)(focecoefficient)

5.4.3 陣風(fēng)荷載因子

5.4.4 荷載因子(荷載系數(shù) )

5.4.5 等效靜力風(fēng)荷載計算流程

5.4.6 500kV典型輸電塔等效風(fēng)荷載及風(fēng)振響應(yīng)比較

5.5 本章小結(jié)

第6章 結(jié)論與展望

6.1 研究總結(jié)

6.1.1 格構(gòu)式輸電塔風(fēng)荷載特性

6.1.2 典型輸電塔風(fēng)致響應(yīng)

6.1.3 風(fēng)荷載模型及響應(yīng)規(guī)范比較

6.2 研究展望參考文獻(xiàn) 2100433B

本文將典型高壓輸電塔分為塔頭、塔身和塔腿三部分，應(yīng)用高頻天平測力風(fēng)洞試驗技術(shù)，分別研究了塔頭、塔身結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載特性及作用機(jī)理。根據(jù)試驗結(jié)果建立了結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的解析模型，計算了輸電塔的風(fēng)致響應(yīng)，分析了結(jié)構(gòu)阻尼比、模態(tài)數(shù)目等參數(shù)對響應(yīng)的影響。采用廣義陣風(fēng)因子法給出了輸電塔等效靜力風(fēng)荷載計算方法，對比了不同規(guī)范給出的等效靜力風(fēng)荷載，所得結(jié)論對完善我國輸電塔風(fēng)荷載規(guī)范條文有參考價值。

低矮建筑房屋高度低，風(fēng)荷載易受到周圍建筑物的干擾效應(yīng)影響，建筑物表面風(fēng)壓分布與單體建筑物存在較大區(qū)別。本項目通過風(fēng)洞實驗，并結(jié)合CFD數(shù)值模擬，針對工業(yè)園區(qū)低矮建筑群和處于城市中心區(qū)的低矮建筑物等兩大類典型建筑群開展干擾效應(yīng)研究；針對平屋面低矮建筑群，系統(tǒng)研究了風(fēng)向、間距等對2個相同低矮建筑物、1排3列、3排1列以及多排多列低矮建筑群的風(fēng)荷載干擾效應(yīng)影響規(guī)律，給出了屋面平均風(fēng)壓和極值風(fēng)壓系數(shù)的干擾因子變化規(guī)律，建筑群角部建筑物風(fēng)荷載放大效應(yīng)明顯，其建筑物屋面角部區(qū)域放大更為明顯，中心區(qū)域建筑物主要呈現(xiàn)遮擋效應(yīng)；給出了不同建筑群布置下，建筑物之間流動模式的界限，阻力系數(shù)曲線在不同流動模式間距界限處出現(xiàn)跳躍性變化，建筑物表面風(fēng)壓也呈現(xiàn)特殊分布形式；揭示了非均勻地形條件下單體建筑物和群體建筑物的風(fēng)荷載變化規(guī)律，建筑物之間距離較近時干擾效應(yīng)受非均勻地形影響比建筑物間距較大時的影響更為顯著；研究了高層建筑對低矮建筑物風(fēng)荷載的影響規(guī)律，高層建筑物對低矮建筑物的風(fēng)壓特性影響顯著，當(dāng)?shù)桶ㄖ镂挥诟邔咏ㄖ镉L(fēng)上游時，距離較近時出現(xiàn)明顯的正壓現(xiàn)象，當(dāng)位于高層建筑物的迎風(fēng)下游時，低矮建筑物表面負(fù)壓出現(xiàn)明顯的放大現(xiàn)象，且間距越近，高層建筑物高度越大時，影響越顯著。 2100433B

低矮房屋在風(fēng)災(zāi)中破壞所造成的損失超過總損失的半數(shù)，而其破壞往往是從表面圍護(hù)體系的破壞開始的，改善建筑物外形是解決低矮房屋抗風(fēng)問題的最有效途徑。選擇我國東南沿海強(qiáng)臺風(fēng)區(qū)具有我國地域和民族特征的的典型民居建筑，通過一系列的風(fēng)洞模型試驗，系統(tǒng)研究其表面的風(fēng)荷載分布特征，為荷載規(guī)范中相關(guān)條文的修訂提供參考；采用CFD數(shù)值模擬方法，對風(fēng)洞試驗中應(yīng)用的部分典型建筑風(fēng)荷載進(jìn)行計算并與之對比；在此基礎(chǔ)上，利用數(shù)值模擬方法方便變化參數(shù)的優(yōu)勢，深入分析各種屋檐構(gòu)造特征（女兒墻、挑檐和檐口形狀）對低矮房屋屋面風(fēng)荷載的影響，提出有效的抗風(fēng)措施；研究屋面關(guān)鍵部位（角部、邊緣和屋脊）的脈動壓力的非平穩(wěn)性以及分布特性，提出峰值壓力的合理估算方法。在上述研究的基礎(chǔ)上，深入認(rèn)識低矮房屋的風(fēng)荷載作用機(jī)理和破壞機(jī)理，提出適合我國的低矮房屋抗風(fēng)設(shè)計方法，提高我國東南沿海強(qiáng)臺風(fēng)區(qū)低矮房屋的抗風(fēng)能力，顯著減輕風(fēng)災(zāi)損失。 2100433B