输电线路杆塔结构风荷载分析

输电线路杆塔结构风荷载分析

摘要：随着社会经济的发展,对电力能源的需求日益扩大,使得国内的高压电网建设也获得了长足的发展,同时,由于大型导线、紧凑型线路、相同塔回来线路等输电新技术的发展、创新和应用,我国输电线路杆塔结构朝大规模、大荷载发展的趋势日益明朗。杆塔结构是决定输电线路安全、稳定运行的关键因素,而风荷载作为杆塔结构中的几大重要荷载之一,虽然其与一般地震荷载的作用幅度比较而言并不大,但其作用频繁度却远远高于地震荷载的。由于这些输电线路杆塔基本有一定的高度,受风力的影响较大,因此计算和分析其风荷载变得十分重要。

关键词：输电线路；杆塔结构；风荷载分析

目前我国高压电网的建设不断发展和相同塔回来的线路、紧凑型线路、大型导线等输电新技术的应用、输电线路杆塔结构形成大荷载、大规模的趋势越来越明显。输电线路杆塔结构是重要组成部分、是安全线路稳定运行的基础。风荷载是输电线路杆塔结构主要荷载之一，尽管它作用幅度比一般地震荷载小，但它的作用频繁与地震荷载相比要高得多。这些输电线路杆塔都是有出现在一定的高度半空，风荷载计算分析变得越来越重要。输电线路杆塔结构的安全性和可靠性直接关系到输电线路运行的安全。有重要的现实意义。在输电线路的荷载设计中,风荷载的地位十分重要,其设计质量直接决定着项目成本的高低以及杆塔结构的质量。因此,相关单位和工作人员必须坚持实事求是,不断创新,全面分析各项影响因素的作用,确定最佳的结构风荷载值,确保电网的正常、稳定运行。

1风荷载对输电线路杆塔的影响

1.1风的速度会产生结构位移

风的作用是紊乱、无规律的，有确定值的风荷载规范适用于体形较规则、高度不高的高层建筑，而低于一定高度高层建筑风荷载值可按照规范方法进行计算风荷载值，只要适量加大风荷载数值的方法来衡量动力效应，而风荷载仍然作为静力荷载来进行计算结构本身内力和位移，但对于硬度不是强的高层建筑，随着

建筑物体的高度增加，而风的效应也会加大，位移增加过快因而引起的动力效应

这时就不能忽略不计了。考虑动态效应的影响，就要用经验公式来估算顶点的速

度效果。由于输电线路杆塔所支撑的电线和上面的结构所处位置较高，加上电线

本身重力和拉力也不小，也通过风洞试验来确定风的动力反应以及风荷载作用风

来补充规范不足。

1.2风作用下输电线路杆塔的刚度影响

在设计输电线路杆塔结构时应考虑对于一般的风暴的作用下结构一样可以正

常使用，即是要求结构在弹性和小位移状态，风可以有一定的角度变化，如-10

度至+10度，杆塔结构除了受到水平拉力、向上、向下的坚向力，风荷载设计主

要基于输电线路杆塔结构承载力的设计，对一些所处高度的输电线路杆塔，并确

保在一般较小型风荷载处于一个良好的状态，当输电线路杆塔加速度小于0.005g

本身结构是不受影响的，当加速度大于0.015克的输电线路杆塔才有微小结构弹

力作用，当强风导致路杆塔的加速度比较大时，容易造成结构破坏，这样可以通

过路杆塔个别安装阻尼器或增加纵向结构来提高其刚度。

2输电线路杆塔结构的风荷载

输电线路杆塔作为国家电力体系一个重要的环节，保证它在工作维持正常状

态有着非常重要的意义。输电线路杆塔是一个典型高耸结构，多数处于荒山野岭，风荷载在设计和计算中处于重要位置。输电塔结构复杂多样，当前我国输电线路

的建造荷载规范及设计并没有对本身所受的风荷载给出明确合理的计算规定。输

电线路杆塔是一种高柔结构，在外力的作用下，本身结构将会引起动力反应。而

输电线路杆塔本身是无限自由度结构的，但可将它简化成多个自由度体系。在脉

动风载产生的动力反应是各个振型反应的概率进行叠加，风的特点是很不规则的，一般情况下它在周期为30s到60s之间，有时几分钟或者再长些。这可以按静力

方法去求各截面的内力，而最后的总内力应该由各振型贡献所得。

2.1有关输电线路杆塔结构风压的计算

在计算风压与风速的关系，很多国家一般采用q。=V2/16（风压单位为

kgf/m，而风速单位分别是m/s）。而一些采用英式单位的国家一般用q。

=0.002558V2这个作为风压与风速的关系式，常常写成q。=0.0025V2或是q。

=0.0026V2，这时采用风压单位为psf、而风速单位分别是mph。在计算线路风压

时美国、巴基斯坦采用的是q。=0.0025V2角钢塔平面组件则采用关系式q。

=0.004V2。而加拿大安大略省电力局在计算线路风压时采用的是q。=0.003V2，

铁塔风压是使用q。=0.0065V2，它是假定组件的平均风压适合高度300英尺以下，来明确表示它的使用是一个阵风速度，所以常用风速符号G来代表，日本在计算

风荷载时，分为高温和低温两个季节，前者假设根据夏季、秋季发生台风，后者

假设根据冬季和春季季风、高温和风压计算公式q。=V2/17.39，低温季节的标准

气压为高温季节的一半。

2.2在输电线路杆塔结构最大风的时距

瞬间风速和平均风速，取哪个是在结构设计方法时最重要的问题。目前两个

计算方法在世界都会出。所谓的瞬间风速，实际上是一个非常短的时间内平均的

风速。国际术语往往使用阵风风速。气象站提供的阵风速是根据使用的不同特征

的风速计。是指2s，5s术语或10s平均最大风速。每个国家地区最大风速取值

不是很一致当，在一些国家，不同的电力企业采用的标准也不同。如一些国家电

气安全条例（NESC）显示所有类型的基本风压载荷区域，从风压力值和设计方法、相应的风速来看是一个长间隔的平均风速。

2.3输电线路杆塔结构风向变化系数

当风向和线路成正交方向时作用在线路本身的风压要乘以线路体型系数μSC

即空气动力系数，即物体形状对风的阻力系数。当风和线路之间的角度为θ，根

据测试只能生成正交方向的风压力、风压大小是正交时的sin2θ，称为风向变化

系数。实际上造成的方向不同的风压变化也落在形状系数范围内、荷载计算基本

风速条件下当θ按0°、45°、60°、90°。

2.4风荷载的比较

在设计标准方面上，对输电线路杆塔结构设计标准来进行比较，通过换算对

比方法，从宏观上作出相应的判断。第一，是大风时距和概率的转换。比较风载荷，转换关系是随不同的位置，风样本而不同的。第二，风压弯矩比t的假定。