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目前,我国特高压输电网的工程陆续开始建设,诸如淮南至上海1000kV交流特高压输电线路工程及向家坝至上海±800kV直流特高压输电线路工程均已进入开工阶段。特高压输电电网由于其导、地线电压等级升高,档距增大,风振响应更加明显;此外特高压输电塔普遍塔高增加,单回路特高压塔高一般均超过60m,双回路更是达到了100m;横担尺寸成倍增大,塔身质量分布愈加不均匀;荷载增大,高强钢大量运用等等。当前用于输电结构设计的行业规定已明显滞后于发展。因此,针对特高压输电塔的风振响应分析也是当前电力行业的一个热门研究课题。
本文以淮南至上海1000kV交流特高压输电线路工程为背景,对输电钢管塔的风振响应进行了数值模拟及风洞试验研究,得到了一些对实际工程抗风设计具有参考意义的结论,主要工作如下。
建立空间有限元模型,通过模态分析得到结构的动力特性。根据随机风荷载理论,模拟脉动风荷载,得到输电塔结构的风荷载时程曲线,然后采用时程分析方法,计算输电塔结构在模拟的风荷载作用下的风振响应及其频谱特性,了解输电塔结构在脉动风荷载作用下的动力响应。
在同济大学土木工程防灾国家重点实验室风工程馆TJ-2风洞进行了钢管塔气弹模型动力特性风洞试验,测试了钢管塔模型的自振特性以及在紊流场中的风振响应,并对其在各风速和风向角工况下的风振响应特点进行分析。
最后,本文利用有限元动力时程分析结果导算得出风振系数值,并将其与现行规范的取值、中国电力工程顾问集团公司的设计取值及本课题组编制的风振系数计算程序得出的风振系数值进行比较,最终得到可以用于输电塔风振系数计算的合理建议。