下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析
风冰荷载作用下输电塔-线体系参数敏感性分析
风冰荷载作用下输电塔-线体系参数敏感性分析在电力系统的脉络中，输电塔与线路构成了生命线般的存在。
它们如同巨人的血脉和神经，承载着能量的输送与信息的传递。
然而，在这看似坚不可摧的结构背后，隐藏着对自然力量敏感的脆弱性。
风冰荷载，这一自然界的猛兽，时常以其狂野的力量考验着输电塔-线体系的稳固性。
本文旨在深入探讨风冰荷载作用下，输电塔-线体系参数的敏感性，以及如何通过科学的分析和合理的设计来增强其抵御自然灾害的能力。
首先，我们必须认识到输电塔-线体系在风冰荷载作用下的敏感性并非空穴来风。
正如一艘航船在狂风巨浪中摇摆不定，输电塔在猛烈的风力冲击下也会出现位移和变形。
这种位移和变形，如果不加以控制，将可能导致灾难性的后果。
因此，对输电塔-线体系的参数进行敏感性分析，就像是对航船的稳定性进行评估一样重要。
在进行敏感性分析时，我们首先要关注的是输电塔的材料属性。
不同的材料有着不同的弹性模量和屈服强度，这些参数直接影响到输电塔在风冰荷载作用下的响应。
例如，采用高强度钢材的输电塔，其抵抗变形的能力更强，就像一座用坚固岩石砌成的堡垒，能够更好地抵御风力的侵袭。
接下来，我们要审视的是输电塔的几何尺寸。
塔的高度、宽度和壁厚等参数，决定了其在风力作用下的稳定性。
一个过高或者过窄的输电塔，就如同一个高脚酒杯在风暴中摇摇欲坠，极易发生倾覆。
因此，在设计时必须考虑到这些因素，确保输电塔既有良好的力学性能，又不失美观。
此外，线路的张力也是影响输电塔-线体系敏感性的重要因素。
张力过大或过小都会影响体系的平衡状态。
过大的张力会使输电塔承受巨大的拉力，就像一根绷紧的琴弦随时可能断裂；而张力不足则会导致线路松弛，增加了在风力作用下产生共振的风险。
因此，合理设置线路张力是保障输电塔-线体系稳定的关键。
在分析了上述参数后，我们还需要关注风冰荷载本身的特性。
风速、风向以及冰层的厚度和分布情况都是决定输电塔-线体系受力状况的重要因素。
这些因素的变化无常，就像是战场上变幻莫测的战术，要求我们的设计必须具备足够的灵活性和适应性。
关于高速铁路穿越架空输电线路增设防护棚洞的技术探讨
关于高速铁路穿越架空输电线路增设防护棚洞的技术探讨摘要：研究目的：新建高速铁路穿越架空输电线路时，为减少迁改规模而增设防护棚洞，是一种新型的交叉跨越方式。
对于防护棚洞的建设，目前尚未有明确的技术规定和标准。
为合理确定防护棚洞的长度、与上方导线的最小垂直距离及结构形式等，本文讨论了输电线路在多种事故下对防护棚洞的要求并给出了计算方法，为防护棚洞的设计提供一种思路。
研究结论：（1）防护棚洞的设置长度应满足倒塔和断线事故发生时不影响铁路安全运行，分别给出了倒塔和断线条件下的计算方法；（2）防护棚洞与上方导线的最小垂直距离可采用架空线路在交通困难地区的对地最小距离；（3）防护棚洞的结构强度应满足倒塔和断线对其的冲击，内部的净空尺寸满足铁路建筑限界和接触网带电体的净空距离要求。
关键词：防护棚洞；设置长度；最小垂直距离；结构设计0 引言铁路交通网与电力能源网都具有点多、线长、面广的特点，因此两者相互交叉的现象非常普遍。
通常的作法是提高交叉处架空线路的跨越标准进行迁改，以最大限度减少发生倒塔侵限、断线触网等影响铁路运营安全的事故。
架空线路电压等级越高，其承担的电能输送任务越重，尤其是超、特高压线路，外部协调环境复杂、停电计划批复困难，造成电力迁改实施难度大、工期长。
当工点条件特殊时，甚至可能对输电线路迁改的可行性造成颠覆性制约，严重影响铁路建设的推进。
在铁路轨道上设置防护棚洞，与铁路土建结构有机结合，利于有效控制施工进度，避免繁重复杂的迁改任务，同时其对电力系统影响最小，对于路电双方都是有利的措施。
但棚洞防护范围和建设标准如何确定，目前尚无相关规定，处于探索阶段。
1 防护棚洞的设置长度输电线路架空跨越高速铁路时通过提高建设标准到达降低发生倒塔断线等事故的概率并保证发生倒塔事故时铁搭不应侵入铁路安全限界内的目标。
按照与此目标一致的原则，防护棚洞应保证电力杆塔倾覆时不侵入铁路安全限界内为必要条件，架空线路发生断线时不搭落在接触网上为可选条件（因为架空跨越时一旦发生断线并没有防护设施，棚洞对断线的防护是其自然产生的）。
大风作用下输电铁塔受力计算及模态分析
大风作用下输电铁塔受力计算及模态分析摘要:本文在已知工况的情况下，自主进行特高压输电杆塔整体建模以及详细计算外部荷载，并在建立模型的基础上，通过赋材、施加外部荷载和约束等操作对输电杆塔进行静力求解、模态分析与地震谱分析。
在静力求解中，着重对杆塔中的地线支架以及其他部位的危险杆件进行强度校核；在模态分析中，通过读取各阶频率对应的振型，简单剖析杆塔的振型规律，以发现在杆塔建模中存在的问题并加以改进；在地震谱分析中，在合并模态的前提下，主要提取杆塔的前几阶有效频率，并简单分析其振型。
另外，通过利用两种不同的设计规范对同一杆件的不同材料分别进行强度校核，简单分析材料的选取对杆件强度的影响。
关键词：特高压输电杆塔静力求解模态分析1 引言输电塔是一种柔度较大的高耸结构，一般为较高的格构式钢析架塔，作为重要生命线工程的电力设施，输电塔的破坏会导致供电系统的瘫痪，造成严重的后果。
然而输电塔受风载破坏发生倒塔等事故屡有发生。
因此,确保风荷载、振动荷载作用下输电线路的正常工作,己成为电力工程与输电工程一个重要的研究课题。
本文对铁塔在平均风载荷下的受力情况进行分析计算，通过分析计算输电塔在平均风荷载下的位移和受力以及形变情况，对输电塔受风力作用的承载能力进行一定的分析和了解。
2 研究对象及对应荷载计算2.1 研究对象及对应工况本文对5C-ZJ1铁塔进行载荷计算，建模，使用 ansys 软件进行内力分析，模态分析以及动载分析。
该类型杆塔的设计条件、使用条件及杆塔单线图可以通过铁塔设计手册查询。
2.2 荷载计算计算设计工况下的输电塔受力荷载，除了考虑塔身角钢所受的风荷载，还需要考虑导地线、金具自重以及所受风荷载对塔身所施加的力。
计算出各部分受力后，将其加载到仿真模型的各个节点上。
其中，按着计算风荷载公式计算各节点受力情况。
（2-1）3 杆塔仿真模型的建立3.1 有限元建模思想本文采用桁梁混合模型对500KV超高压输电角钢塔500ZJ1进行有限元建模。
下击暴流作用下不同深宽比的高层建筑风荷载
Ｗｉｎｄ ｌｏａｄｓ ｏｆ ｈｉｇｈ￣ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｗｉｔｈ ｖａｒｉｏｕｓ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏｓ ｉｎ ｄｏｗｎｂｕｒｓｔ ｗｉｎｄ
Ｆａｎｇ Ｚｈｉｙｕａｎ１ Ｌｉ Ｚｈｅｎｇｌｉａｎｇ１ꎬ２ Ｗａｎｇ Ｚｈｉｓｏｎｇ１ꎬ２
( １ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５ꎬ Ｃｈｉｎａ) ( ２ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎｅｗ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｉｔｉｅｓ ｉｎ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ａｒｅａ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎꎬ
第 ４９ 卷第 ３ 期 ２０１９ 年 ５ 月
东南大学学报Байду номын сангаас 自然科学版)
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＥＡＳＴ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ( Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ)
ＤＯＩ:１０. ３９６９ / ｊ. ｉｓｓｎ. １００１ － ０５０５. ２０１９. ０３. ０１２
Ｖｏｌ. ４９ Ｎｏ. ３ Ｍａｙ ２０１９
Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ￣ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ ｉｎ ｄｏｗｎｂｕｒｓｔ ｗｉｎｄꎬ ａｎ ｉｍｐｉｎ￣ ｇｉｎｇ ｊｅｔ ｄｅｖｉｃｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔｓ ｏｎ ５ ｈｉｇｈ￣ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｐｔｈ￣ｔｏ￣ｗｉｄｔｈ ｒａｔｉｏｓ. Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｌｏｃａｌ ａｎｄ ｏｖｅｒａｌｌ ｗｉｎｄ ｌｏａｄｓ ｗａｓ ａｎａｌｙｚｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｅｒ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｌａｒｇｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗｅｒ ｐａｒｔ ａｎｄ ｓｍａｌｌｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍｏｄｅｌｓ. Ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｅｒ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ａｂｏｕｔ ０. ２５Ｈ( Ｈ ｉｓ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ) ꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｌｉｆｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｅｒｓ ｃｈａｎｇｅ ｓｍｏｏｔｈｌｙ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｈｅｉｇｈｔ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ￣ｔｏ￣ｗｉｄｔｈ ｒａｔｉｏꎬ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｌａｙｅｒ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｓｌｉｇｈｔｌｙ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｌｉｆｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙꎻ ａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍｏｄｅｌꎬ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ａｌｏｎｇ￣ｗｉｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｓｌｉｇｈｔｌｙꎬ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｌｉｆｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒｏｓｓ￣ｗｉｎｄ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｄｉａｌ ｄｉｓｔａｎｃｅꎬ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｌａｙｅｒ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅｃｒｅａ￣ ｓｅｓ ｒａｐｉｄｌｙꎻ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｆｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅ￣ ｃｒｅａｓｅꎻ ａｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｍｏｄｅｌꎬ ｔｈｅ ｍｅａｎ ｄｒａｇ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｎｄｉｎｇ ｍｏｍｅｎｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｄｅ￣ ｃｒｅａｓｅ ｒａｐｉｄｌｙꎬ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｄｒａｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｆｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｆｉｒｓｔ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｄｅｃｒｅａｓｅ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｄｏｗｎｂｕｒｓｔ ｗｉｎｄꎻ ｉｍｐｉｎｇｉｎｇ ｊｅｔꎻ ｈｉｇｈ￣ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇꎻ ｗｉｎｄ ｌｏａｄｓ
下击暴流条件下风力机尾流及载荷特性研究
下击暴流条件下风力机尾流及载荷特性研究下击暴流条件下风力机尾流及载荷特性研究一、引言风力发电作为一种清洁能源，已经在全球范围内得到广泛应用。
然而，风力机在复杂的气象条件下工作时，面临着诸多挑战，其中之一是下击暴流的影响。
下击暴流是一种具有瞬时性和非均匀性的风速变化，对风力机的性能和工作安全性带来了一定的影响。
二、风力机尾流特性研究风力机在罗夫(Löffler)函数的驱动下，产生尾流。
尾流是指风力机转子后方的气流运动，其速度和方向通常与气流与转子面的夹角有关。
在下击暴流条件下，尾流特性可能发生一系列变化。
1. 尾流速度分布下击暴流会导致尾流速度的突然变化。
当暴流向下通过风力机时，风力机背风面受到较大的风力冲击，因此产生的尾流速度较高。
而在暴流通过之前和通过之后，尾流速度则会较低。
2. 尾流方向变化下击暴流的非均匀性会导致尾流方向的变化。
当暴流通过风力机时，风向的变化会导致尾流方向偏离原有的水平方向。
尤其是在暴流通过过程中，风向变化最为明显。
3. 尾流扰动下击暴流还会引起尾流的扰动。
暴流通过风力机时，其速度变化率较大，会给尾流带来各种涡旋和扰动，进而影响风力机的性能和振动特性。
三、载荷特性研究下击暴流引起的尾流特性变化，进而对风力机的载荷特性产生影响。
1. 功率特性下击暴流条件下，风力机的切片功率曲线可能会发生变化。
当暴流通过风力机时，尾流扰动会导致风力机转子面积受到影响，从而使风力机的切片功率产生波动。
2. 转矩特性下击暴流时，尾流扰动会导致风力机的转矩特性发生变化。
由于尾流速度和方向的突然变化，风力机受到的扭矩也会有所变化。
3. 振动特性暴流引起的尾流扰动会对风力机的振动特性产生影响。
尤其是在暴流通过的瞬间，风力机可能受到较大的振动力，进而加剧风力机的振动。
四、结论下击暴流条件下，风力机尾流及载荷特性会发生一系列变化。
尾流的速度分布、方向变化和扰动，会对风力机的切片功率、转矩和振动特性产生影响。
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：随着我国高压电网建设的迅速发展，新的输电技术如同塔双回线路、紧凑线路、大截面导线等，都使输电线路杆塔结构产生大负荷的趋势日益突出。
输电线路杆塔是线路的重要组成部分，是线路安全、可靠的重要组成部分。
风荷是输电线路杆塔所要承担的最大载荷，但其影响范围较大。
因此，在输电线路杆塔的设计中，对其进行风载荷的计算和分析就显得尤为重要。
关键词：高压电网；输电技术；杆塔结构；风荷载引言：架空传输线杆塔是一种柱状或塔状结构，它支撑着架空传输线的导线和地线，并使两者与地面保持一定的间距，其安全可靠度对整个输电系统的安全运行有着重要的影响。
在架空输电线路中，杆塔造价占总投资的30%或更多，它直接影响到线路的经济效益。
随着我国特高压电网的不断发展，同塔多回线路、紧凑线路、大截面导线等新技术的普及，线路杆塔大荷载、大型化的发展趋势日益显现。
随着我国建设“节约型、环境友好型”社会，电网安全稳定，气候变化复杂，对杆塔的安全可靠性、经济性和环保性能的要求越来越高。
文章就国内输电线路杆塔结构的受力取值、结构优化及新材料应用等方面的最新研究成果进行了综述，并结合国内外的实际情况，指出了今后的发展方向。
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对于某一特定高度以下的高层建筑，可以采用标准的方法进行计算，采用适当增加的风荷载来度量其动态影响，而风荷载仍以静力形式计算其自身的内力和位移。
但在高层建筑中，由于建筑物的高度越高，受风影响越大，由于位移太快所产生的动态影响就越小。
在考虑了动力作用的情况下，必须采用经验公式对顶点速度的影响进行估计。
因为铁塔所支持的导线和上部结构的高度都很高，而且导线的自重和拉力都很大，所以必须进行风洞实验来判断风向和风荷的影响，以弥补规范的缺陷。
1.2风作用下输电线路杆塔的刚度影响在输电线路杆塔结构的设计中，应该考虑到在普通暴风雨影响下，杆塔也能正常工作。
这就是在结构的弹性和小位移条件下，风力可以发生不同的角度，例如-10到+10度。
采空区输电线铁塔承载力分析建模及性能评估
采空区输电线铁塔承载力分析建模及性能评估姜辉;谢佳益;张博;彭飞翔;郭磊【摘要】随着电网的智能化发展，对输电铁塔不同工况下的承载力性能要求越来越高，煤矿采空区输电线路铁塔基础变形后及扶正过程中的要求更不能忽视。
建立了采空区输电线铁塔的ANSYS有限元模型，设计了不同组合荷载工况承载力性能评估的方法，对基础变形后及扶正过程中铁塔的承载力性能进行了分析评估。
基于500 kV徐辽线53号变形铁塔说明了该方法，对53号塔基础沉降、大板基础倾斜及设置拉线后3种情况进行了承载力性能分析评估，涉及到不同风速、风向的风力荷载及覆冰荷载的多种组合工况。
结果表明：该性能评估方法在采空区输电线铁塔主材应力超限、主材轴力变化及沉降量临界值的评估方面有一定优势，这对采空区输电线路铁塔的承载力及稳定性设计有一定参考价值。
%With the development of smart power grids,the requirement for the bearing capacity of the transmission tower in different cases is increasingly stringent,and the requirements in the process of the deformation and the correction thereof of the foundation of power transmission steel towers in the coal goaf area can not be ignored at all. In this paper,the ANSYS finite element model of transmission towers in the goaf area is built, the assessment method of bearing capacity performance is desi-gned for different combined load conditions,and the bearing capacity of transmission towers in the process of the foundation deformation or the correction thereof is analyzed and evaluated. The method is expounded with the 53# deformation tower of the 500 kV Xuliao line as an example. Considering the foundation settlement,assumed big board foundationinclination and insta-lled braced wires,the paper conducts evaluation of the bearing capacity of the deformation tower,involving many combination cases of different wind speeds,wind directions and icing loads. The result shous that for this method of performance evaluation, there are certain advantages in evaluating whether main mem-ber stress overruns, the changing of main member axial force and the settlement critical value, it provides a reference for the design of bearing capacity and stability of transmission towers of mine goaf.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】9页(P7-15)【关键词】煤矿采空区;输电线铁塔;承载力;基础沉降;基础变形【作者】姜辉;谢佳益;张博;彭飞翔;郭磊【作者单位】国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁沈阳 110003;国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁沈阳 110003;国网辽宁省电力有限公司检修分公司，辽宁沈阳 110003;陕西博天科技实业有限责任公司，陕西西安 710062;国网陕西省电力公司经济技术研究院，陕西西安 710065【正文语种】中文【中图分类】TM752输电线路经过地震地质变形区、地下水位下降区、煤矿采空区等环境时，输电线路铁塔基础将发生沉降、倾斜、水平滑移等破坏[1-2]，进而使铁塔的根开和塔腿高差发生变化，塔体结构产生较大的附加应力，造成塔体局部破坏或整体发生倒塌，直接威胁铁塔安全及线路的稳定运行[3-4]。
土木工程下击暴流风速数值模拟的研究
电塔 在下 击 暴 流 之 类 高 强 度 风 速 场 作 用 下 的破 坏 情
况 。 由于 Ｈ ｌ ｅ ｏｍ ｓ的经 验 模 型 没 有 考 虑 风 速 场 的 随机 波动 成分 ， 能会 低 估 了下 击 暴 流 风荷 载作 用 下 结 构 可
风速场 。在随机脉动成分 的数值模拟过程 中 ， 引入了三次样 条函数插值技术 ， 以减少 Ｃ ｏ ｓｙ分解的次数 ， ｈｌ ｋ ｅ 进一步提高 了 数值模拟雷暴天气下击暴 流风速的效率 。 关键词 ：下击暴流 ； 时变平均风速 ； 数值模拟 ； 三次样条 函数插值技术 ； 谐波叠加法
中图 分 类 号 ：Ｔ １ Ｕ３１ 文 献 标 识 码 ：Ａ
下 击暴 流 往往 伴 随着 雷 暴 天 气 而 出 现 ， 常 会 产 经
的平均 风速 。这种 模型 将下 击 暴 流 的平 移速 度 与下 击 暴流 产 生 的 径 向风 速 进 行 了 矢 量 合 成。然 而 ， 在 Ｈｏ ｅ 的经 验 模 型 中 没 有 考 虑 风 速 场 的竖 向分 布 。 ｌ ｓ ｍ Ｏ ｅｕｒ Ｂ ｗｅｌ提 出 了一 个 能够 满 足 流 体质 量 连 ｓｇｅａ和 ｏｌｓ５
布模 型 。Ｓｖｒ 等 运用 Ｈ ｌ ｅ 的经验模 型研 究 了输 ａｏｙ ｏｍ ｓ
流使得潮 湿 的空 气 上 升 并 形 成 上升 气 流 ， 后 当 潮 湿 随 的空 气开始 浓 缩 和冷 却 时 ， 升 过 程 就 停 止 了。 冷却 上 后 密度变 大的空 气开 始加 速 向地 表 运动 并 形成 下 降气 流， 当强度较 大 的下 降 气 流 剧 烈地 与 地 面碰 撞 并 向 四
输电铁塔挂点结构承载力分析
输电铁塔挂点结构承载力分析郭㊀勇１㊀姚耀明２㊀陈金光１㊀王志勇２㊀沈建国１（１．浙江省电力设计院，杭州㊀３１００１２；２．国网浙江省电力公司，杭州㊀３１０００７）摘㊀要：以哈密 郑州ʃ８００ｋＶ特高压直流输电塔为例，对特高压输电塔挂点结构的承载能力进行了有限元分析，建议挂线板面内承载力参照美国钢结构设计规范进行计算，面外承载力按三边固结㊁一边自由的双向板进行计算㊂对局部开槽的角钢横担主材承载力进行了对比计算，建议开槽深度不超过主材肢宽的１／３，同时给出了缓解应力集中的构造措施㊂关键词：特高压输电塔；挂线结构；有限元分析ＤＯＩ：１０ １３２０６／ｊ．ｇｊｇ２０１６０８０１６ＢＥＡＲＩＮＧＣＡＰＡＣＩＴＹＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＴＨＥＨＡＮＧＩＮＧＬＩＮＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＯＦＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮＴＯＷＥＲＧｕｏＹｏｎｇ１㊀ＹａｏＹａｏｍｉｎｇ２㊀ＣｈｅｎＪｉｎｇｕａｎｇ１㊀ＷａｎｇＺｈｉｙｏｎｇ２㊀ＳｈｅｎＪｉａｎｇｕｏ１（１．ＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＺｈｅｊｉａｎｇＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＣｏｍｐａｎｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１０００７，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＤＣｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｗｅｒｏｆＨａｍｉ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕʃ８００ｋＶＵＨＶｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｈａｎｇｉｎｇｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆＡｍｅｒｉｃａｎｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｗａｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｉｎ⁃ｐｌａｎｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈａｎｇｉｎｇｐｌａｔｅ，ａｎｄｔｈｅｏｕｔ⁃ｏｆ⁃ｐｌａｎｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｗｏ⁃ｗａｙｓｌａｂｗｉｔｈｔｈｒｅｅｅｄｇｅｆｉｘｅｄａｎｄｏｎｅｅｄｇｅｆｒｅｅ．Ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆａｎｇｌｅｍｅｍｂｅｒｗｉｔｈｌｏｃａｌｇｒｏｏｖｉｎｇｗａｓｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｄｅｐｔｈｌｉｍｉｔｓｏｆｔｈｅｇｒｏｏｖｅｗｏｕｌｄｎ ｔｅｘｃｅｅｄｉｎｇ１／３ｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｌｉｍｂ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｔｏａｌｌｅｖｉａｔｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ＵＨＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｗｅｒ；ｈａｎｇｉｎｇｌｉｎｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓ第一作者：郭勇，男，１９７７年出生，高级工程师㊂Ｅｍａｉｌ：ｇｙ＿ｇｕｏｙｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ收稿日期：２０１６－０３－２４０㊀引㊀言我国目前正在进行包括１０００ｋＶ皖电东送交流输电线路工程㊁哈密 郑州ʃ８００ｋＶ直流输电线路工程在内的多条特高压工程建设㊂以往我国超高压线路广泛使用的挂点金具，悬垂串为ＵＢ挂板，耐张串为Ｕ形挂环，这两种挂板具有结构简单㊁安装方便的特点㊂随着输电线路的发展和特高压工程导地线荷载的增大，对挂点金具的强度和结构要求越来越高，目前特高压输电线路中主要采用的挂点金具有ＧＤ挂板（耐张串联塔金具）和ＥＢ挂板（悬垂串联塔金具），这两种挂点金具避免了ＵＢ挂板㊁Ｕ形挂环等挂点金具受力不合理的连接组合，提高了金具运行安全性，哈密 郑州ʃ８００ｋＶ高压直流输电线路工程的直线塔和耐张塔挂点金具分别采用如图１所示的ＥＢ挂板和ＧＤ挂板［１］㊂随着挂点金具承载能力的提高，为保证线路运行安全的匹配性，输电塔挂线板样式和横担挂点结构必须随之改变㊂挂点结构承载力的校验主要包括挂线板承载力计算和横担挂点局部强度验算㊂ａ ＥＢ耳轴挂板；ｂ ＧＤ挂板㊂图１㊀特高压输电塔挂点金具１㊀挂线板承载力计算无论挂线板采用型钢还是板件，挂线板承载性能均可按照加劲钢板进行分析㊂挂线板承载能力主要包括面内承载力㊁面外承载力和局部承压承载力，其中输电线路行业设计标准ＤＬ／Ｔ５１５４ ２０１２‘架空送电线路杆塔结构设计技术规定“［２］（以下简称‘杆塔规范“）对局部承压计算给出了明确规定，本文主要对挂线板面内㊁面外承载能力进行分析㊂１ １㊀挂线板平面内受力分析典型特高压输电塔挂线板面内受力问题可简化为图２ａ所示的力学分析模型㊂‘杆塔规范“未就挂线板计算给出明确规定，仅给出了螺栓到挂板边缘距离ｈ的最小容许长度为１ ５ｄ，ｄ为螺栓直径㊂ａ 力学分析模型；ｂ 正应力分布模型㊂图２㊀挂线板平面内受力计算模型文献［３］给出了挂板的设计式，Ａ Ａ㊁Ｂ Ｂ剖面的强度按式（１）验算㊂Ｆ（ｂ－ｄ０）ｔδɤｆ（１ａ）Ｆ（ｈ２＋０．２５ｄ２０）ｄｔ（ｈ２－０．２５ｄ２０）ɤｆ（１ｂ）式中：Ｆ为金具传递给挂线板的荷载设计值；ｂ和ｔ分别为挂线板宽度和厚度；ｄ０为挂线孔直径；δ为应力集中系数，取值范围为２ ３；ｆ为钢材强度设计值㊂式（１）为基于弹性力学平板开圆孔问题的应力解析解［４］，图２ｂ给出了与之对应的Ａ Ａ㊁Ｂ Ｂ剖面环向正应力分布模式㊂美国ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３６０－０５‘钢结构设计规范“［５］给出的开孔受拉板件的设计式为：Ｆ（ｂ－ｄ０）ｔɤｆ（２ａ）Ｆ２ｈｔɤｆｖ（２ｂ）式中：ｆｖ为钢材抗剪强度设计值㊂式（２ａ）对应Ａ Ａ截面的净截面受拉强度破坏，式（２ｂ）对应孔边缘截面顺拉力方向的抗剪强度破坏㊂以１４ｍｍ厚的Ｑ３４５钢材挂线板为例，螺栓直径２７ｍｍ，开孔直径３０ｍｍ，板宽ｂ取为２倍的螺栓端距，即ｂ＝２ｈ㊂采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对挂线板面内极限承载力进行计算，挂线板采用Ｓｈｅｌｌ１８１单元进行模拟㊂图３给出了挂线板破坏时的等效应力分布情况，由于均布压力直接施加在挂线孔边缘，Ａ区域总是最先进入屈服，随着外荷载的增大，Ｂ区域也进入屈服，当Ａ㊁Ｂ屈服区间贯通后，挂线板达到设计承载能力，相应最大位移为１１ ５ｍｍ㊂图３㊀挂线板等效应力分布㊀ＭＰａ由于加载方式㊁挂线板尺寸与弹性理论解存在较大差异，并考虑到钢板的塑性变形能力，实际挂线板承载能力与式（１）的计算结果差异较大㊂图４对３种方法得到的挂线板设计承载力进行了对比，其中，ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３６０－０５的平直段表示式（２）的计算结果已超过挂线板的局部承压承载力㊂图４㊀挂线板设计承载力对比有限元计算结果表明，挂线板承载力随孔端距的增大基本呈线性增加，但当孔端距超过２ ５ｄ后，由于承载力主要由局部承压控制，增速明显放缓㊂通过图４对比还可看出，按文献［３］的纯弹性模式进行挂线板设计过于保守，按照ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３６０－０５的计算结果，当孔端距小于２ｄ时，设计偏于危险，当孔端距不小于２ｄ时，与有限元结果较为一致，推荐按式（２）进行挂线板面内承载力计算㊂１ ２㊀挂线板平面外受力分析悬垂塔在正常工况下，挂线板主要承受面内荷载的作用，但在断线工况下则要承受面外荷载的作用，转角塔挂线板由于与导线方向存在夹角，无论是正常工况还是断线工况，均需计算挂线板的面外承载能力㊂以哈密 郑州直流输电线路直线塔挂点为例，该挂线板采用１６０ˑ１４的角钢构件，角钢的一肢连接横担，另一肢上开挂线孔，为增强挂线板的面外承载能力，挂线板两侧焊接１４ｍｍ厚的加劲肋板，所有构件材质均为Ｑ３４５，如图５所示㊂１ 角钢横担；２ 加劲肋；３ 挂线孔；４ 角钢挂线板㊂图５㊀加劲挂线板示意挂线板面外承载模式可视为三边支承，一边自由的加劲双向板，具体支承条件如下：当ａ／ｂ较小时，肋板对挂线板的支承刚度不足，挂线板可近似视为悬臂板，当ａ／ｂ较大时，肋板支承作用明显，可视为固结边［６］，挂线板靠近角钢横担一侧由于刚度接近，可视为固结㊂通常挂线板ａ／ｂ约为１，可按照三边固结㊁一边自由的板件进行承载力设计，计算式如下：５βｑｂ２ｆɤｔ（３）其中㊀ｑ＝Ｔａｂ式中：β为弯矩系数，可按照双向板受均布力作用的弹性理论计算得出［７］；ｑ为近似均布荷载；Ｔ为面外荷载设计值㊂式（３）与‘杆塔规范“中法兰板厚的计算式一致，主要区别在于法兰板支承条件为加劲边固结，另外两边一边自由一边简支，β系数的取值有所不同㊂根据式（３）计算得出图５所示挂线板的面外设计承载力Ｔ＝１４０ｋＮ，β＝０ ０８６６，ａ／ｂ＝１㊂图６为挂线板面外承载力有限元计算结果，从图６可以看出，在设计荷载Ｔ作用下，板面形成Ｙ形的屈服区域，但变形只有２ ７ｍｍ，仍可继续承载㊂图７对比了式（３）与有限元计算得到的面外承载力，挂线板面外承载力与板厚的平方成正比，且随板厚增加，式（３）得到的承载力越偏于安全㊂实际挂线板将同时受到面内㊁面外荷载的作用，设计时应适当留有裕度，在保证肋板刚度的前提下，建议板厚较计算值加厚２ｍｍ㊂２ 挂线点横担主材承载力计算图８为哈密 郑州ʃ８００ｋＶ高压直流输电线路工程某转角塔的挂点结构形式示意㊂为配合ＧＤ图６㊀挂线板面外承载等效应力云图㊀ＭＰａ图７㊀挂线板面外承载力对比挂板的使用，采用双短角钢构成挂线板，短角钢与横担主材通过螺栓进行连接㊂转角塔横担主材采用了双肢Ｔ形组合角钢，考虑导线倾角，为方便ＧＤ挂点转动，在双肢组合角钢主材的一个肢上开槽㊂ａ 横担主材正视图；ｂ 横担主材俯视图㊂１ 角钢挂线板；２ 双肢组合角钢横担；３ 开槽倒角；４ 横担主材开槽㊂图８㊀转角塔ＧＤ挂点示意横担主材原为轴心受力构件，开槽后成为偏心受力构件㊂主材规格２１８０ˑ１４，材质Ｑ４２０㊂开槽尺寸为１４０ｍｍˑ１２０ｍｍ（宽ˑ深），轴向压力设计值１８５０ｋＮ㊂图９为主材开槽是否倒角的有限元计算结果对比，开槽后横担主材属于典型的压弯受力构件，无论是否倒角，开槽处均存在较大的弯曲应力，由于开槽深度达到１２０ｍｍ，即主材肢宽的２／３，弯矩影响很大，开槽角钢肢已基本屈服㊂但倒角后应力集中现象有所缓解，塑性发展区域较不倒角构件有所缩减㊂图１０将开槽深度改为６０ｍｍ，其他条件不变，ａ 无倒角；ｂ 倒圆角㊂图９㊀主材应力计算结果对比（开槽深度１２０ｍｍ）㊀ＭＰａａ 不倒角；ｂ 倒圆角㊂图１０㊀主材应力计算结果对比（开槽深度６０ｍｍ）㊀ＭＰａ重新对上述模型进行了计算㊂随着开槽深度的减小，偏心弯矩相应减小，同时有效承载截面增加，在设计荷载作用下，无论是否倒角，开槽角钢肢均未出现全截面塑性，满足承载要求，同时倒角对应力集中㊀㊀㊀的缓解效果也更为明显㊂从上述分析可以看出，开槽深度对横担主材承载力影响显著，在满足使用要求的前提下，应尽量减小开槽深度，建议不超过主材肢宽的１／３，否则应采取补强措施㊂３㊀结㊀论１）挂线板应同时满足面内和面外承载的要求㊂当挂线孔端距大于２倍孔径后，挂线板面内承载力主要由局部承压控制，建议设计时孔端距不小于２倍孔径，按美国ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３６０－０５的相关计算式进行面内承载力计算㊂２）挂线板面外承载力通常低于面内承载力，成为挂线板设计的控制因素㊂面外承载力建议按三边固结㊁一边自由的双向板进行计算，设计时应控制加劲边与自由边长度的比值，保证加劲肋刚度㊂由于挂线板实际受力时需同时承受面内外荷载的作用，建议设计厚度应适当留有裕度㊂３）转角塔角钢横担主材应尽量减小开槽深度，建议不超过主材肢宽的１／３㊂同时应对开槽处进行倒角处理，一方面缓解应力集中，另一方面减少加工缺陷，避免在开槽根部形成微裂缝，以保证横担的安全承载㊂参考文献［１］㊀中国电力工程顾问集团公司．哈密 郑州ʃ８００ｋＶ高压直流输电线路工程初步设计设计说明书［Ｒ］．北京：中国电力工程顾问集团公司，２０１１．［２］㊀ＤＬ／Ｔ５１５４ ２０１２㊀架空送电线路杆塔结构设计技术规定［Ｓ］．［３］㊀张殿生．电力工程高压送电线路设计手册［Ｍ］．２版．北京：中国电力出版社，２００２．［４］㊀徐芝纶．弹性力学简明教程［Ｍ］．２版．北京：高等教育出版社，１９８３．［５］㊀ＡＮＳＩ／ＡＩＳＣ３６０－０５㊀ＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＳｔｅｅｌＢｕｉｌｄｉｎｇｓ［Ｓ］．［６］㊀马人乐，李渊．关于弯矩系数法设计法兰板厚的分析与研究［Ｊ］．特种结构，２０１０，２７（３）：３７－４０．［７］㊀浙江大学．简明建筑结构设计手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９８０．。
下击暴流下格构式塔架的受力与稳定论文综述
下击暴流下格构式塔架的受力与稳定论文综述前言：为研究下击暴流下输电线塔的破坏情况及其预防，本人进行了这次论文综述的工作。
本文分四部分，分别是1.下击暴流的概念及特征2.下击暴流的数值模拟3.下击暴流的风荷载模拟4.下击暴流作用下格构式塔架的倒塌过程分析1.下击暴流的概念与特征1.1概念下击暴流为雷暴天气中强下沉气流冲击地面后向四周扩散引起的冲击性的近地面强风。
根据所引起的近地面强风的影响范围，下击暴流可进一步分为宏下击暴流和微下击暴流。
宏下击暴流指下击暴流引起的地面强风在水平尺度上超过4 km，微下击暴流指下击暴流引起的地面强风在水平尺度上小于或等于4 km。
1.2特征（1）尺度特征。
产生下击暴流的下沉气流最初形成与距离地面高度为H=2100m至H=4100m的冷空气团云底位置。
下沉气流的初始出流直径介于D=600m和D=1700m之间。
（2）速度特征。
下击暴流的风速剖面中最大风速值出现在距地面非常低的高度。
平均而言，相对于初始出流直径D=1800m的下击暴流风，其风速最大值出现在距离下沉气流冲击地面点水平距离约r=1500m，高度H=80m的位置。
同传统大气边界层风的风速随高度增加而增大明显不同，下击暴流风在近地面区域迅速增大到最大值，随后随高度增加而迅速减小。
（3）随机特征。
同传统大气边界风常被看作各态经历的平稳随机过程不同，下击暴流过程一般伴随风暴中心的移动，为典型的非平稳过程。
（4）气压特征。
下击暴流的风场中存在着明显的气压变化过程。
Fujita推断，这种剧烈的压力变化可能达到2至3KPa。
下击暴流风场中剧烈变化的压力场对相关的工程结构风荷载设计取值会产生相当大影响。
当前研究对下击暴流的特征的认识已经比较全面，对径向和竖向风剖面的的数值模拟与现场实测数据有较好吻合度，下击暴流对输电线塔的破坏作用已引起各国结构设计人员的重视，个别国家在设计规范里明确了要考虑下击暴流破坏的因素，可见下击暴流对塔架结构的破坏是常见的，研究它是必要的迫切的。
下击暴流作用下平屋面风荷载CFD数值模拟
下击暴流作用下平屋面风荷载CFD数值模拟陈波;贾蕗宇;田晨【摘要】Wind profiles and characteristics in thunderstorm downburst are significantly different from the regular boundary layer winds. Based on the computational fluid dynamics (CFD) commercial software, thunderstorm downburst is simulated in the 1:2 000 geometry scales, and the results are compared to the theoretical model. Effects on mean pressure coefficients of the distance from the roof to the center of the downburst are investigated by placing flat-roofs at different radial locations. Pressure coefficients and flow velocity around the roof are analyzed and compared to the results in the boundary layer winds. The results show that numerical simulations can appropriately reproduce the wind profiles and characteristics of the downburst. The pressure coefficient distribution of flat-roofs in the thunderstorm downburst is obviously different from that in the boundary layer winds. The pressure coefficient distribution depends on the distance between the flat-roof and the center of the thunderstorm down-burst. The pressure of the roof gradually changes from positive value to negative when the flat-roof is moved away from the center of the impinging jet.%下击暴流具有与常规大气边界层近地风完全不同的风场特征.基于CFD(Computational fluid dynamics)数值仿真技术,完成了几何缩尺比为1∶2 000的下击暴流过程的数值模拟,并将其风剖面的模拟结果与理论模型进行了对比.在此基础上,研究在下击暴流作用下,将大跨平屋面置于距下击暴流中心不同径向位置时,屋面平均风压系数和速度场的分布规律,并与大气边界层风场中平屋面的风荷载特性进行了对比.结果表明:数值模拟方法能够较好地再现下击暴流的风场特性；下击暴流风场中平屋面风压分布规律明显区别于大气边界层风场中的风压特性；平屋面风压分布特性与其距下击暴流中心的距离密切相关,随着平屋面逐渐远离下击暴流中心,屋面所承受的压力逐渐由正压转为负压.【期刊名称】《北京交通大学学报》【年(卷),期】2013(037)001【总页数】5页(P140-144)【关键词】下击暴流;平屋面;CFD数值模拟;风压系数【作者】陈波;贾蕗宇;田晨【作者单位】北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044;北京交通大学土木建筑工程学院,北京100044【正文语种】中文【中图分类】TU312.1下击暴流是一种极具破坏性的强风荷载[1],该风场是在雷暴天气中产生强烈的下沉气流,在猛烈冲击地面后,由撞击点向四周沿地表传播,经过一段距离后又产生回流.下击暴流所产生的风场,尤其在冲击地面位置的附近,同大气边界层的近地风有着显著的差异[2].中国、美国、澳大利亚、日本、南非等国家和地区,都出现过由于下击暴流而造成建筑物和输电线塔破坏的情况[3].目前,对下击暴流的研究已经成为国际风工程领域的一个热点问题,大多数研究者所采用的研究方法包括风场实测、理论研究、风洞试验及数值模拟4种方法[4-5].由于下击暴流产生的随机性及自身流场的复杂性,使得对下击暴流风的风场实测和实验室物理模拟存在诸多困难[6].然而随着计算机水平的飞速发展,CFD(Computational fluid dynamics)数值仿真技术得到了广泛的应用,使之成为研究下击暴流的一种重要手段.Nichols[4]采用二维LES模型对下击暴流风场中的建筑物进行了数值模拟.Sengupta和Sarker[5]研究了不同的湍流模型在下击暴流仿真中的适用性.瞿伟廉[6]基于雷诺平均Navier-Stokes方程,进行了下击暴流风场的非定常数值模拟.目前的研究工作,更多的是对下击暴流风场的试验与模拟,但是对下击暴流作用下屋盖表面的风荷载特性研究仍十分少见.基于以上考虑,本文作者针对下击暴流的风场特性,应用通用商业CFD软件Fluent12.1对风场进行了三维数值模拟,并将模拟结果与理论模型进行了对比.在此基础上,研究了下击暴流作用下,将大跨平屋面置于距下击暴流中心不同径向位置时,平屋面周围流场和风压系数的变化规律,并与大气边界层近地风场中平屋面的风压系数进行了对比.1 下击暴流的风场特性1.1 基本特性根据国内外的研究[5-6],下击暴流风场具有以下基本特征:1)尺寸特征.下击暴流的初始喷射入口直径一般在400～4 000 m之间,喷射入口距地面的高度一般为初始喷射入口直径的0.75～7.5倍.2)速度特征.下击暴流的风速一般在 10～30 m/s,最大值曾达到过67m/s.Hjelmfelt[7]给出了一个典型下击暴流风速剖面,如图1所示,其中Vmax,Rmax,zmax分别表示下击暴流中的最大速度、出现最大速度位置点离下击暴流中心的水平距离,以及竖向地面高度.下击暴流风剖面中的最大风速出现在距地面50～500 m的高度范围内,当风速达到最大值后,又随着高度的增加而迅速下降,与传统的大气边界层近地风速随高度的增加而增加这一特性显著不同.3)随机特征.下击暴流的发生不仅在地域上具有很大随机性,同时其脉动风速具有很强非平稳性.图1 JAWS中典型的下击暴流速度剖面[7]Fig.1 Wind velocity profile of downburst1.2 下击暴流的理论模型下击暴流风荷载的理论模型参照大气边界层中风荷载相似方法,同时考虑下击暴流的非平稳性,将风荷载写成随时间变化的平均和脉动部分之和[2],即式中(z,t)为随时间变化的平均风速(z,t)为脉动风速,是一个零均值的随机过程.与大气边界层近地风不同的是,下击暴流荷载时程是一个非平稳的随机过程.下击暴流平均风速(z,t)是指风速时程在一定时距范围内的平均值,是一种瞬时平均的时变过程.对于平均风速部分,Chen[9]提出下击暴流风场中某一固定位置z高度处的平均风速可以表示为一个最大平均风速与一个时间函数的乘积,即式中:V(z)为最大平均风速的竖向分布函数;f(t)为最大值为1的时间函数.对于式(2)中的最大平均风速 V(z),Vicroy[10]、Oseguera[11]、Wood[12]分别提出了3种最大平均风速模型,与近地风平均风速的比较见图2.图2 下击暴流最大平均风速与普通风场近地风[8]Fig.2 Mean velocity between downburst and ordinary atmosphere wind图2中给出了大气边界层风剖面,其中地面粗糙度指数为0.12.本文作者着重研究下击暴流的平均风速 V(z)及其对平屋面的影响.2 下击暴流的数值模拟2.1 几何模型模拟过程中,采用文献[6]中的初始条件,喷射条件为:喷射初速度为 Vjet=29 m/s,喷射初始直径Djet=600 m.几何缩尺比例为1∶2 000,速度缩尺和时间缩尺分别采用1∶3和1∶1 000,雷诺数其中ν为空气运动黏性系数.采用3D场模拟,考虑到风场模拟的尺寸影响和湍流的充分发展,计算域取半径R=15Djet,高 H=10Djet的范围,初始喷射入口位置到地面距离为4Djet.喷射入口条件为:Vjet=9.6 m/s,湍流强度为1%,水力半径=1Djet.采用增强壁面处理模型,零剪应力的滑移壁面,滑移壁出口条件为出流.图3为计算域示意图.图3 三维计算域示意图Fig.3 3-dimensional computation domain2.2 风场模拟结果分析所模拟的三维下击暴流风场速度流线如图4所示(该图为通过三维风场中心的一个剖面).比较图4与图1中JAWS下击暴流速度流线图可以看出,数值模拟方法基本模拟出了下击暴流风场的速度流线变化趋势,下沉气流由入口喷射进入风场,在撞击地面后沿径向位置产生涡流,并且产生了回流现象.图5给出了三维风场中离风场中心位置 r=0.5Djet、r=0.75Djet、r=1Djet、r=1.5Djet、r=2Djet和 r=3Djet的6个水平位置,在高度为 0～2 400 m时均化的径向速度剖面.其中,竖轴是数值模拟场高度,其几何缩尺比为1∶2 000.可以看出:下击暴流的最大径向风速出现在贴近地面的高度处,在离地高度大约为100 m处速度迅速增大,其分布规律与图2所示的经典风剖面模型吻合较好.在 r=0.5Djet～0.75Djet范围内,冲击气流经过由上而下的流动发展,速度较喷射初速有所减弱;在r=1Djet～2Djet范围内,出现旋涡脱落和再生,地面风速达到最大;r=3Djet处,速度开始下降.图4 三维场的速度流线剖面图Fig.4 3-dimensional velocity streamline图5 不同径向位置处的风剖面Fig.5 Wind velocity profile for different distances from center3 下击暴流作用下的平屋面风压特性3.1 大气边界层风场中的平屋面风压特性为了更好地比较在下击暴流与大气边界层风场中平屋面风压特性的变化规律,先对大气边界层风场中的平屋面特性进行了数值模拟.目前,对大气边界层中平屋面风荷载的数值模拟,国内外已有大量学者开展了相关研究,将其结果与风洞实验进行了对比分析,证明了该方法的可行性.在大气边界层风场中的风荷载数值模拟中,建筑物的尺寸为300 m(D)×300m(D)×80 m(H),计算区域为16D×12D×10H的三维长方体区域.在建筑物表面和壁面采用非结构网格,建筑物与壁面之间采用结构网格.入口条件采用指数律平均风剖面经验模型,B类地貌,来流风的湍流强度采用日本规范建议的湍流强度公式,湍流模型选择剪切应力输运(SST)k-ω模型,出口选择充分发展出流面.计算域侧壁及顶面选择自由滑移壁面,地面及建筑物表面选择无滑移壁面.图6和图7即为大气边界层风场中平屋盖的平均风压系数分布图和流线分布形态,屋面的整体平均风压系数为-0.58.图6 平屋盖平均风压系数分布图Fig.6 Mean pressure coefficients of flat roof 图7 平屋盖置于大气边界层风场Fig.7 Flow field around flat roof in atmosphere boundary layer3.2 下击暴流作用下的平屋面风压特性在下击暴流三维风场数值模拟的基础上,在下击暴流中心径向距离为r=0Djet、r=0.5Djet、r=1Djet、r=1.5Djet、r=2Djet和 r=3Djet的 6 个位置分别布置了300 m×300 m×80 m的大跨度平屋盖.当距离大于3Djet距离时,下击暴流径向速度显著减小,故不做分析.图8给出了这6种情况下,屋面平均风压系数的分布规律.计算风压系数时,参考风速取空流场中距喷射入口1Djet位置檐口高度处的最大径向风速8.5 m/s(从图1中可以看出,此位置的径向风速最大).图8 下击暴流下屋面平均风压系数分布Fig.8 Mean pressure coefficients of flat roof in downburst从图8可以看出,屋面平均风压系数分布规律与屋盖距下击暴流中心的距离密切相关,这一分布特征与图9给出的屋盖周围速度场分布特性一致,随着距离的增大,其速度场分布近似于大气边界层中平屋面的速度场(图7所示).图10给出了屋面整体风压系数与屋盖距下击暴流中心距离的变化规律.可以看出,随着距离的增大,屋面整体风压从风压力逐渐过渡到风吸力,0Djet距离时,屋面受到较大的风压力,这与大气边界层中的平屋面风特性存在显著区别,此时的风荷载作用方向与结构自重等竖向荷载方向一致,易导致屋盖结构处于不安全的状态.图9 平屋盖置于(0～3Djet)径向位置Fig.9 Flow field around roof for(0～3Djet)distance图10 屋盖整体风压系数变化规律图Fig.10 Mean pressure coefficients for whole roof4 结论1)数值模拟方法能够再现三维下暴击流的风场特性,其流线分布显著区别于大气边界层风场特性.2)在下击暴流风场中,对于距喷射入口不同径向位置处的大跨平屋盖,随着建筑物逐渐远离喷射入口,屋面所承受的平均风荷载逐渐由正压转变为负压.当建筑物位于距喷射入口径向位置小于1Djet时,屋盖整体受到较大正压力,最大值出现在0Djet位置,屋盖平均风压系数为0.71;当建筑物位于1Djet至2Djet之间时,屋盖整体受到风吸力,但风吸力较小;当建筑物位于3Djet位置时,屋盖整体受到较大的风吸力,最大值出现在3Djet位置,平均风压系数为-0.86.参考文献(References):[1]Fujita T T.Downburst:Meteorological features and wind field characteristic[J].Journalof Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1990,36:75-86.[2]Chen L,Letchford C W.Multi-scale correlation analysis of two lateral profiles of full-scale downburst wind speeds[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2006,94(9):675-696.[3]Holmes J D.Modeling of extreme thunderstorm winds for wind loading of structures of structures and risk assessment[C]//Wind Engineering Into 21st Century,Proceedings of 10th International Conferenceon Wind Engineering,Copenhagen,Denmark,1999:1409-1415.[4]Nicholls M,Pielke R,Meroney rge eddy simulation of microburst winds flowing around a building[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,1993,46/47:229-237.[5]Anindya Sengupta,Partha P Sarkar.Experimental measurement and numerical simulation of an impinging jet with application to thunderstorm microburst winds[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2008,96(3):345-365.[6]瞿伟廉,吉柏锋,李健群,等.下击暴流风的数值仿真研究[J].地震工程与工程振动,2008,28(5):133-139.QU Weilian,JI Baifeng,LI Jianqu,et al.The study on numerical simulation of downburst wind[J].Journalof Earthquake Engineering and Engineering Vibration,2008,28(5):133-139.(in Chinese) [7]Hjelmfelt M R.Structure and life circle of microburst outflows observed in Colorado[J].Journal of Applied Meteorology,1988,27(8):900-927.[8]瞿伟廉,王锦文.下击暴流风荷载的数值模拟[J].武汉理工大学学报,2008,30(2):70-74.QU Weilian,WANG Jinwen.Numerical simulation of downburst wind loads[J].Journal of Wuhan University ofTechnology,2008,30(2):70-74.(in Chinese)[9]Chen L,Letchford C W.A deterministic-stochastic hybrid model of downbursts and its impact on a cantilever structure[J].Engineering Structures,2004,26(5):619-626.[10]Vicroy D D.Assessment of microburst models for downdraft estimation[J].Journal of Aircraft,1992,29(6):1043-1048.[11]Oseguera R M,Bowles R L.A simple analytic 3-dimensional downburst model based on boundary layer stagnation flow[R].Langley Research Center,1988.[12]Wood G S,Kenny C S Kwok,Motteram N A,et al.Physical and numerical modeling of thunderstorm downbursts[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics,2001,89(6):532-552.。
下击暴流风冲击作用下输电塔非平稳动力响应的频域方法
下击暴流风冲击作用下输电塔非平稳动力响应的频域方法下击暴流风冲击作用下输电塔非平稳动力响应的频域方法1. 引言输电塔作为电力系统中的重要组成部分，承载着输送电力的重要任务。
然而，在一些地区，特别是海洋和山区地区，常常受到强暴流风的冲击作用，对输电线路和塔架的稳定性和安全性造成了严重威胁。
研究下击暴流风冲击作用下输电塔的非平稳动力响应成为了一个具有重要意义的课题。
2. 非平稳动力响应的定义非平稳动力响应是指输电塔在受到下击暴流风冲击作用时，由于荷载的非平稳性，造成塔架呈现出非线性和非周期性的振动现象。
这种非平稳动力响应的产生主要是由于风向和风速的突变引起的，这是一种随机的自然现象。
3. 频域方法的基本原理频域方法是一种将时域信号转换到频域的分析方法。
在研究下击暴流风冲击作用下输电塔的非平稳动力响应时，频域方法可以通过对荷载信号的频谱进行分析，获得荷载频率与响应频率的关系，进而得到输电塔的强度安全边界。
4. 频域方法的应用在研究下击暴流风冲击作用下输电塔的非平稳动力响应时，可以采用频域方法来分析荷载的频谱特性，进而得到输电塔的非平稳动力响应。
常见的频域方法包括傅里叶变换和小波变换。
4.1 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。
通过傅里叶变换，可以将下击暴流风冲击作用下的荷载信号转换为频谱分布图，并从中获取荷载频率的信息。
在输电塔的设计过程中，可以根据荷载频率的分布情况，来设计抗风能力强的输电塔结构。
4.2 小波变换小波变换是一种多尺度分析方法，能够在时域和频域之间建立起联系。
通过小波变换，可以将下击暴流风冲击作用下的荷载信号分解成不同尺度的成分，并分析不同尺度下的荷载频率分布。
这种方法能够更全面地描述非平稳动力响应的特性，为输电塔的设计和评估提供更有效的依据。
5. 非平稳动力响应的总结与展望通过频域方法的应用，我们可以更准确地评估下击暴流风冲击作用下输电塔的非平稳动力响应情况，并对输电塔的结构设计和改进提供指导意见。
下击暴流作用下输电杆塔的风振响应
Development and Innovation | 发展与创新 |·253·2020年第14期作者简介：王昕，女，硕士，研究方向：结构工程。
下击暴流作用下输电杆塔的风振响应王 昕（武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430070）摘 要：为研究下击暴流作用下输电杆塔的风振响应，文章基于下击暴流风场的经验模型，生成下击暴流运动过程中输电杆塔不同位置的风速时程；同时，建立输电杆塔空间有限元模型，并进行非线性动力特性分析，得到下击暴流作用过程中的塔顶位移和杆件内力。
结果表明，下击暴流运动到235s 时，输电杆塔响应最大，且脉动风作用对结构响应具有明显的放大作用。
关键词：下击暴流；输电杆塔；风振响应中图分类号：TM753 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2020）14-0253-02 下击暴流是强下沉气流冲击地面后向四周扩散引发的近地面强风，风速最大值分布在距离地面50～150m 高度处，容易造成输电杆塔结构的倒塌，对社会生活和经济发展带来巨大伤害。
目前，国内外学者对下击暴流作用下输电杆塔的结构响应进行了研究。
Li 等[1]考虑边界层的非线性变化，提出了水平速度的竖向形状函数和修正的径向形状函数，令下击暴流风场模型更加简单和精确。
杨风利等[2]建立有限元模型，分别计算常规风和下击暴流风作用下输电塔主要杆件的受力情况，并以应力比为杆件破坏的判断标准，找到了下击暴流作用下输电杆塔的最不利杆件的位置。
文章研究采用Li 风速剖面模型，通过计算得到猫头塔在下击暴流作用下的风荷载，进而对有限元模型进行非线性动力分析，得到输电杆塔在运动型下击暴流作用下的结构响应，并计算各个塔段高度的风振系数。
1 运动型下击暴流风场模型在下击暴流风场运动的过程中，水平风速由随时间变化的平均风和脉动风组成，则任一时间任一高度的下击暴流风速可按式（1）表述。
（1）1.1 平均风速模拟在下击暴流作用的过程中，风场中心会随着时间的变化向输电杆塔中心移动，下击暴流和输电杆塔加载点的相对位置会发生改变，导致该点的水平风速也发生变化。
评估下击暴流下输电铁塔安全性的方法、系统及存储介质[发明专利]
![评估下击暴流下输电铁塔安全性的方法、系统及存储介质[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/982c2602551810a6f424860e.png)
专利名称：评估下击暴流下输电铁塔安全性的方法、系统及存储介质
专利类型：发明专利
发明人：刘建军,李鸿泽,储昭杰,王永强,刘洋,杨立恒,袁光宇,高超,柏仓,黄日星,吴佰建,郭小明
申请号：CN202011210259.0
申请日：20201103
公开号：CN112507414A
公开日：
20210316
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种评估下击暴流下输电铁塔安全性的方法、系统及存储介质，方法包括以下步骤：根据输电铁塔设计信息，划分输电铁塔塔段，设置风荷载模拟点，建立输电铁塔三维有限元数值模型，在模型文件中预设载荷信息文件接口；确定下击暴流风场结构，完成对风场结构各组成成分的模拟，遍历风荷载模拟点，生成各风荷载模拟点处的风速以及风荷载；将载荷导入输电铁塔三维数值模型中，对铁塔进行瞬态动力分析，根据分析结果计算输电铁塔结构整体风振系数；根据天气预报数据，生成下击暴流参数，计算各点时变平均风，用结构整体风振系数将平均风放大，得到等效静力风荷载，对铁塔进行准静态分析，利用分析结果评估输电铁塔结构安全性。
申请人：国网江苏省电力有限公司电力科学研究院,国网江苏省电力有限公司,江苏省电力试验研究院有限公司,东南大学
地址：211103 江苏省南京市江宁区帕威尔路1号
国籍：CN
代理机构：南京纵横知识产权代理有限公司
代理人：许婉静
更多信息请下载全文后查看。
下击暴流时空分布统计与风场特性和结构风荷载实验研究
国内图书分类号：TU312+.1 学校代码：10213 国际图书分类号：624.04 密级：公开工学博士学位论文下击暴流时空分布统计与风场特性和结构风荷载实验研究博士研究生：李宏海导师：欧进萍教授院士申请学位：工学博士学科：防灾减灾工程及防护工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2015年6月26日授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index: TU312+.1U.D.C.: 624.04Dissertation for the Doctoral Degree in EngineeringSPATIO-TEMPORAL DISTRIBUTION STATISTICAL ANALYSIS AND EXPERIMENTS OF WIND FIELD CHARACTERISTICS AND WIND LOADS ON STRUCTURES OFDOWNBURSTCandidate：LI HonghaiSupervisor：Prof. OU Jinping, Member of CAE Academic Degree Applied for：Doctor of EngineeringSpeciality：Disaster Prevention and Reduction Engineering and Protective EngineeringAffiliation：School of Civil Engineering Date of Defence：June 26th, 2015Degree-Conferring-Institution：Harbin Institute of Technology摘要摘要下击暴流是伴随雷暴发生的一种局部强对流天气现象。
独特的风场结构和风剖面特征，使下击暴流的作用效应与大气边界层常态风差异显著。
作为极端风荷载，下击暴流对输电线塔、大跨空间与悬挑屋盖等多种建筑结构造成了十分惊人的破坏，给社会带来了严重的人员伤亡和巨大的财产损失。
下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析
关键词：下击暴流；风速剖面；输电铁塔；荷载；破坏模式
0 引言
输电铁塔属于高柔的风敏感性结构，其风振响 应和风灾防治方面的研究一直广受重视[1-2]。下击暴 流(downburst)为雷暴天气中强下沉气流冲击地面后 向四周扩散引起的冲击性近地面强风。下击暴流瞬 时风速往往能够达到 50 m/s(F2 级)以上[3]，对位于空 旷原野中的输电铁塔容易造成较大的破坏。
U (z,t) = v(z) × f (t)
(1)
式中：v(z)为沿径向水平风速最大时，随高度变化 的竖直风速剖面；f(t)为时间因子，描述竖直风速剖 面随时间的变化，受雷暴移动速度、轨迹和径向风
速剖面等因素的影响。 关 于 竖 直 风 速 剖 面 ， Oseguera&Bowles[23] 、
输电线路下击暴流强风荷载最不利工况研究
输电线路下击暴流强风荷载最不利工况研究陈麒麟;汪大海;向越;孙启刚;杨庆山;黄国庆;杨军永【期刊名称】《防灾减灾工程学报》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】对流天气引起的下击暴流已经成为我国中东部地区输电线路风灾破坏的主要原因。
下击暴流风场的特异性造成现有规范无法适用,开展下击暴流输电线路设计风荷载的研究成为提高电网安全性亟待开展的课题。
介绍了下击暴流的数学风场模型并用于计算输电线路风荷载,采用非线性有限元方法对杆塔受到的导线风荷载开展了风场及线路结构参数分析,着重考察了最大导线风荷载对应工况。
研究结果表明:(1)直线塔与耐张塔最大横向荷载值相同,但后者最大纵向荷载值显著大于前者;(2)直线塔的最大横向荷载和纵向荷载塔位分别出现于八跨输电线路的端部和次端部直线塔,耐张塔则出现于四跨输电线路;(3)最大导线风荷载与出流直径、中心相对位置、塔位及跨数密切相关,均存在特定的最不利工况。
通过对风荷载影响因素和分布规律的总结,最终给出了三种代表性最不利导线风荷载工况的归一化风场参数,为输电线路抗下击暴流导线风荷载的合理取值提供了数据支撑。
【总页数】9页(P90-98)【作者】陈麒麟;汪大海;向越;孙启刚;杨庆山;黄国庆;杨军永【作者单位】武汉理工大学土木工程与建筑学院;中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司;国网山东省电力公司经济技术研究院;重庆大学土木工程学院;国网山东省电力公司莱芜供电公司【正文语种】中文【中图分类】TM753【相关文献】1.移动下击暴流作用下高层建筑风荷载特性研究2.移动下击暴流作用下输电塔的风振响应及荷载评估方法3.一起下击暴流导致500 kV输电线路倒塔事故原因分析4.下击暴流作用下输电线路导线风偏响应特性研究5.下击暴流作用下双坡屋面建筑风荷载分布特性研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
不同类风场雨滴冲击荷载对输变电塔线体系动力响应的影响研究
不同类风场雨滴冲击荷载对输变电塔线体系动力响应的影响研
究
王辉;戴根;张鑫
【期刊名称】《应用力学学报》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。
针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明:降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显;在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%;两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%;在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。
【总页数】7页(P404-410)
【作者】王辉;戴根;张鑫
【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院;华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU312.1;V211.3
【相关文献】
1.山地风场中特高压输电塔线体系动力可靠度研究
2.ACCC塔线体系在风荷载作用下的动力响应
3.考虑脉动风荷载作用的大跨越输电塔线体系风致响应分析
4.特高压输电线路塔线体系风振响应特性及对登塔人员影响分析
5.海岛大跨越输电塔线体系风振响应及动力失稳分析
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
关键词：下击暴流；风速剖面；输电铁塔；荷载；破坏模式
0 引言
输电铁塔属于高柔的风敏感性结构，其风振响 应和风灾防治方面的研究一直广受重视[1-2]。下击暴 流(downburst)为雷暴天气中强下沉气流冲击地面后 向四周扩散引起的冲击性近地面强风。下击暴流瞬 时风速往往能够达到 50 m/s(F2 级)以上[3]，对位于空 旷原野中的输电铁塔容易造成较大的破坏。
ASCE 荷载导则中将龙卷风和下击暴流称为高 强度风(high intensity wind，HIW)，规定了高强度风 作用下输电线路风荷载取值。尽管龙卷风、下击暴 流会对输电线路局部造成严重破坏，但由于其发生 位置的不确定性且风速较大，出于经济性和安全性 的综合考虑，美国电力部门并没有按照完全能够抵 御这类高强度风进行输电线路设计。龙卷风、下击 暴流(发生频次较多的为 F2 级，3 s 瞬时风速为 50.5~70.2 m/s)的风场构成和移动路径均较为复杂， 目前还没有针对输电线路设计的工程风场模型。 ASCE 荷载导则中规定了一种可用于与中等龙卷风 (F1 和 F2 级)对应的风荷载计算方法，即只在输电铁 塔结构任意方向上施加风荷载，且不考虑风速沿高 度的变化。一方面由于龙卷风(F2 级)的路径宽度较
析中采用 Vicroy 模型，表达式为
(−0.15 z )
(−3.217 5 z )
v(z) = 1.22 × [e − e zmax
zmax ] × vmax (2)
式中：vmax 为下击暴流的最大水平风速，一般取 80 m/s；zmax 为最大水平风速的所在高度，一般取 70 m。
常规风选用 Davenport 建议的城市郊区参数，
U (z,t) = v(z) × f (t)
(1)
式中：v(z)为沿径向水平风速最大时，随高度变化 的竖直风速剖面；f(t)为时间因子，描述竖直风速剖 面随时间的变化，受雷暴移动速度、轨迹和径向风
速剖面等因素的影响。 关 于 竖 直 风 速 剖 面 ， Oseguera&Bowles[23] 、
Wood&Kwok[24]和 Vicroy 通过试验和 CFD 数值模拟 各自提出了下击暴流的竖直风速剖面模型。本文分
1 下击暴流风场模型
用于描述下击暴流流场特性的模型分为涡环
模型和壁面射流模型。壁面射流模型与实测风具有
更好的一致性，目前在研究中被广泛采用。Chen & Letchford[21]对 Holmes&Oliver 模型[22]无法考虑下击 暴流脉动特性的缺点进行修正，提出了混合随机模
型。下击暴流平均水平风速 U(z,t)可视为竖直风速 剖面和时间因子的乘积，如下所示：
KEY WORDS: downburst; wind speed profile; transmission tower; load; destroyed mode
摘要：下击暴流会给输电线路造成巨大危害，已引发生多起 倒塔事故。基于 ASCE 关于高强度风区域输电线路设计的 相关规定，综合考虑下击暴流尺度特征和输电线路经济性设 计原则，提出了下击暴流作用下输电线路的设计荷载取值建 议。采用 Vicroy 风速剖面模型，计算得到了内陆和沿海地 区典型输电铁塔在下击暴流作用下的风荷载。建立了输电铁 塔空间有限元分析模型，通过结构受力分析，确定了输电铁
近年来，国内外学者针对下击暴流作用下输电 铁塔(构架)的荷载特性和受力特征进行了研究[12-19]。 Eric Savory 等[4]建立了龙卷风和下雷击暴流风荷载 模型，确定了不同类型风荷载作用下自立式铁塔的 破坏模式。A.Y. Shehata 等[16]对比分析了下雷击暴 流风荷载和常规风荷载作用下输电线路的动力响 应。王昕等[17]分析了下击暴流风荷载对输电铁塔的 作用特性，获得了下击暴流作用过程中输电铁塔构 件内力时程，并与设计中采用的常规风风荷载作用 进行比较。王锦文等[18]在假定结构基底弯矩相等并 达到极限状态的条件下，确定了下击暴流作用下输 电铁塔的破坏特征。瞿伟廉、吉柏峰[19]在国内首次 系统研究了下击暴流的风场特征、风荷载模拟方法 及其对输电线路的灾害作用。上述研究为开展下击 暴流作用下输电铁塔的受力特征分析提供了理论 方法和重要借鉴，但尚未给出下击暴流作用下输电 线路风荷载取值建议和抗风设计方法，还不能直接 指导输电线路设计。
本文基于 ASCE 关于高强度风区域输电线路设 计的相关规定，提出下击暴流作用下输电线路的设 计荷载取值建议。采用 Vicroy 风速剖面模型[20]，计 算得到内陆和沿海地区典型输电铁塔在下击暴流 作用下的风荷载，通过建立输电铁塔空间有限元分 析模型，进行结构受力分析，研究输电铁塔在下击 暴流作用下的受力特征和破坏模式。
下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析
杨风利 1，张宏杰 1，杨靖波 1，党会学 1，刘建军 2
(1．中国电力科学研究院，北京市 海淀区 100192； 2．江苏省电力公司电力科学研究院，江苏省 南京市 211103)
Bearing Capacity Analysis and Load Values of Transmission Towers Under Thunderstorm Downburst
40
60
80
v(z)/(m/s)
图 1 竖直风速剖面对比 Fig. 1 Comparison of the vertical wind profile
2 下击暴流风荷载取值
2.1 ASCE 荷载导则 ASCE 和 AS/NZS 的输电线路设计规范已经开
始要求考虑下击暴流影响，并就铁塔塔身风荷载和 导、地线风荷载的计算做出了相应的规定。
塔在下击暴流作用下的受力特征和破坏模式。结果表明：下 击暴流作用下，输电铁塔杆件应力主要由 45°大风控制。对 于设计风速较低的内陆地区，尽管铁塔结构高度不在下击暴 流最高风速区域，下击暴流风荷载明显高于常规风，塔腿横 隔面以上主材会首先发生破坏；对于设计风速较高的沿海地 区，下击暴流风荷载低于常规风，下击暴流在铁塔设计中不 起控制作用。
第 34 卷 第 24 期 2014 年 8 月 25 日
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.34 No.24 Aug.25, 2014 ©2014 Chin.Soc.for Elec.Eng. 4179
DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.2014.24.023 文章编号：0258-8013 (2014) 24-4179-08 中图分类号：TM 752
2. Jiangsu Electric Power Research Institute, Nanjing 211103, Jiangsu Provience, China)
ABSTRACT: Downbursts can cause great harm to the transmission lines and even many destroyed accidents of the towers. Based on the design regulations on the transmission lines in high intensity wind areas by ASCE, by considering the scale features of downbursts and the economic design principle of transmission lines, the design load values under downbursts for transmission lines were proposed. The wind velocity profile model by Vicroy was applied, and the wind loads of two typical transmission towers in inland areas and littoral areas were calculated separately. Spatial finite element models of the transmission towers were established and the structural analysis was completed. The bearing characteristics and the destroyed modes of the transmission towers under downburst were determined. It shows that stresses of the tower members are mainly controlled by 45° wind load. For the inland areas with low deign wind velocity, though the structural height is not in the highest wind velocity zone of downburst, the wind load under downburst is much higher than under regular wind. The main members above the transverse separator of the legs will be firstly destroyed. For the littoral areas with high deign wind velocity, the wind load under downburst is lower than under regular wind. Transmission towers are not controlled by the wind loads from downbursts in design process.