双柱悬索拉线塔立柱风振响应及风振系数研究

作     者：马文俊 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：晏致涛

授予年度：2019年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：双柱悬索拉线塔 脉动风 风致响应 风振系数 

摘      要：我国的直流输电线路塔型多数采用的还是直立式塔,这种塔形的塔身质量较塔线整体占比较大,经济效益不是很好。反观许多外国国家已经大量采用双柱悬索拉线塔投入到输电线路中,这一塔型的优势在于其重量相较于直立塔要轻30%至50%,但占地面积却比直立塔要更大。随着我国大力开发西电东输等电网项目,有很多线路会经过荒漠戈壁等地区,这使得双柱悬索拉线塔的经济优势明显。双柱悬索拉线塔主要由两部分组成,分别为拉线悬索体系及两根格构式立柱。目前有关双柱悬索拉线塔立柱结构风致响应研究较少,仅有的研究多限于拉线的张力合理取值等方面,而立柱在脉动风作用下的响应研究和分析是悬索拉线塔风效应分析的关键。本文基于风洞试验、时域分析及频域分析,对双柱悬索拉线塔立柱进行了以下几方面的研究工作:（1）基于双柱悬索拉线塔的塔线体系气动弹性模型风洞试验,研究了双柱悬索拉线塔在B类地貌紊流场下的0°以及90°风向角脉动风作用下的结构双立柱的位移、加速度、基底反力等风致响应。（2）建立了拉线塔的实际塔线体系的ANSYS有限元模型,对双柱悬索拉线塔进行了时域分析,研究了模型在脉动风下的风振响应以及随着拉线预拉力变化的结构响应,并将分析结果与试验结果进行了对比,验证了的建模的正确性。（3）为了方便拉线塔的频域分析计算,提出了双柱悬索拉线塔的模型简化思路,将有限元模型简化为双立柱塔线体系模型、双立柱无导线模型以及单立柱无导线模型,通过模态分析以及时程分析验证简化模型的正确性。并通过结果表明,论文提出的四种模型均可较好地与试验结果吻合。（4）基于提出并验证可行的简化单立柱模型,提出了风振系数的频域分析方法。根据结构动力学中立柱的动力方程求解推导出双柱悬索拉线塔立柱的振型及频率方程。同时基于频域法计算了拉线塔立柱的脉动响应以及不同拉力对立柱侧弯响应的影响,并将其结果与时域分析结果进行了对比分析。（5）通过参数拟合得到了在不同端部弹簧刚度下的立柱无量纲振型公式,将得到的振型分别基于惯性力法、《建筑结构荷载规范》（GB500009-2012）（后文统称《规范2012》）推导出了适用于双柱悬索拉线塔的风振系数公式,并给出了相关参数取值表供拉线塔抗风设计参考。（6）基于Holmes提出的静力等效风荷载法分析了该方法中的三种荷载分量沿塔身高度变化趋势。并通过该方法求解了拉线塔的风振系数,将风振系数代入有限元模型进行时程分析进行了响应验算。结果表明,本文提出的方法可以准确评估双柱悬索拉线塔立柱结构的风效应,可以用于双柱悬索拉线塔立柱结构设计。