【摘 要】
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输电塔的高度远大于其横向尺寸,因此其外形特征决定了风荷载是其控制荷载。风荷载具有脉动特性,属于随机动力荷载,会对塔架产生振动效应,但在目前的设计规范中,简化了风荷载的脉动
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输电塔的高度远大于其横向尺寸,因此其外形特征决定了风荷载是其控制荷载。风荷载具有脉动特性,属于随机动力荷载,会对塔架产生振动效应,但在目前的设计规范中,简化了风荷载的脉动作用,将风荷载作为静力荷载来处理,脉动作用仅通过一个脉动扩大系数来体现,不能考虑实际脉动风的时域与频域特性。
本文将风荷荷载模型分为静力平均风模型和动力脉动风模型两部分,考虑了风荷载的时域频域特性,体现了风荷载的作用机理。选取广西电网中常见的某220kV工程实际输电塔架为研究对象,研究了输电塔架结构的动力特性以及动力风荷载作用下的塔架真实动力响应,对此类结构的抗风设计具有指导意义。
本文主要做了以下三部分工作:
首先,分析了风荷载基本特性,选用Kaimal风速谱为模拟脉动风速的目标谱,利用线性滤波法模拟脉动风速时程,通过风谱比较发现模拟结果较好;其次,运用有限元分析软件ANSYS,采用BEAM188单元模拟输电塔架杆件单元,建立输电塔架结构有限元模型,通过其模态分析得到塔架的动力特性,并分析了塔柱与斜杆的线刚度比值对塔架动力特性的影响。最后,分别采用规范的等效静力风荷载方法和本文的动力风荷载方法对实际输电塔架结构进行计算分析,虽然规范静力方法模拟的各点风荷载值均比动力时程方法模拟的风荷载峰值要大,但静力法求得的结构的响应却不能包络时程方法的响应结果,表明规范中的静力风荷载模型不符合实际风荷载的作用机理,模型是不合理的,因此在输电塔架抗风设计中应当将风荷载当作随机动力荷载处理,应当进行本文的结构动力时程分析,准确掌握结构的时域响应情况。
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