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输电塔线体系随机风振响应简化分析方法研究

输电塔线体系随机风振响应简化分析方法研究

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作者：谭培炎重庆大学

学位级别：硕士

随着国民经济得快速发展,输电线路作为重要的民生工程,其结构安全关乎人民的生命财产安全和经济社会的稳定运行。随着国内用电量的急速攀升,输电线路体系也逐步向大型化结构体系发展,形式复杂多变,这对输电塔线体系得抗风设计及理论研... 详细信息

随着国民经济得快速发展,输电线路作为重要的民生工程,其结构安全关乎人民的生命财产安全和经济社会的稳定运行。随着国内用电量的急速攀升,输电线路体系也逐步向大型化结构体系发展,形式复杂多变,这对输电塔线体系得抗风设计及理论研究提出了更高的要求。而输电导线的强非线性使得塔线体系也表现出高柔的非线性特性,对于风荷载极为敏感,因此对其展开风振响应分析具有很高的经济价值和意义。在目前的输电塔线体系理论分析方法中,通常采用时域分析法来对塔线体系进行风振响应分析,但该方法相对比较消耗计算资源,较难快速实现体系中目标塔体的抗风设计。鉴于此,本文通过谱分析方法在得到了导线挂点荷载功率谱的基础上,建立了一种塔线体系风振响应简化分析力学模型,将非线性塔线体系转换成近似线性的输电塔结构,提出了一种基于挂点荷载功率谱的塔线体系随机风振响应简化分析方法。本文以81.6m高的塔线体系作为研究对象,采用Davenport谱对目标风速场模拟了足够数量的风速时程样本,分别对塔线体系进行时域分析,提取得到了导线挂点处的荷载时程曲线,在此基础上,结合Welch谱估计法,得到了导线挂点荷载功率谱曲线表现形式,然后基于Kolmogorov曲线,结合最小二乘法给出了导线挂点荷载功率谱的经验表达式。其次,本文考虑到塔线体系在野外环境下会受到诸多因素的影响,挂点荷载也会随着发生变化,故本文针对不同风速、档距、输电塔高等因素对挂点荷载功率谱进行了参数影响分析,合理引入相应的变化系数对功率谱经验公式进行了修正,并与实际情况下的功率谱曲线进行了对比,结果表明经验公式经过修正后与实际情况拟合很好。然后,本文基于挂点荷载功率谱进行了档距折减系数计算方法研究。输电线路因空间分布范围广,同一时刻作用在导线上的风速不可能完全一致,因此电力行业引入了档距折减系数来对这种情况进行表征,并对导线风荷载进行相应折减。但目前针对该领域的研究尚少,且考虑因素尚不全面。本文在得到了输电导线实际荷载功率谱的情况下,基于等效静力风荷载计算理论,推导了一种新的能够同时考虑风速、档距、挂点高度等因素影响的档距折减系数计算方法,计算得系数取值与规范推荐取值基本保持一致,表明了本文所提方法的可行性,也间接验证了挂点荷载功率谱经验公式的正确性。最后,基于挂点荷载功率谱,建立了一种塔线体系风振响应简化分析力学模型,并对导线挂点荷载和输电塔风荷载进行了相关性分析,对力学模型进行了相应的合理得假设。在此基础上,结合虚拟激励法和挂点荷载功率谱经验公式,提出了一种输电塔线体系随机风振响应简化分析方法,并与时程分析法得到的塔顶位移响应进行了对比分析,验证了本方法的可行性。

关键词：输电塔线体系挂点荷载psd 档距折减系数随机风振响应分析简化方法

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