山区地形风场特性及其致输电塔线体系风振响应研究

发布时间：2020-08-27 18:02

【摘要】：我国幅员辽阔,山区地形占国土面积比重较大,自然风流经山区地形会形成复杂的风场分布,独特的山区地形风场结构效应使得输电塔线体系的风致效应不同于平坦地区。目前,我国规范针对房屋建筑和输电线路的风速地形修正系数尚不够详细,由此可能导致山区地形风场下的输电塔线体系发生疲劳倒塌。本文以山丘地形和峡谷地形为研究对象,基于风洞试验方法研究山区地形风场特性,比较研究酒杯形输电塔线体系在不同地形风场下的风致效应并提供有效的减振方法。论文主要研究工作和取得的成果如下:(1)对山区地形风场特性、输电塔线体系风致效应的研究现状进行了综述,并介绍现行规范对山区地形风场的规定。基于现有研究及国内外相关规范,提出了本文主要研究内容。(2)基于概化山丘地形、剖面线模型和自然山丘地形的风洞试验研究,探讨了不同坡度概化山丘地形的风速地形修正系数、风场竖向风速分量和紊流度变化情况,以及对比了剖面线模型和自然山丘地形的风速地形修正系数。得出了概化山丘地形、剖面线模型和自然山丘地形的风场特性。(3)基于概化峡谷地形和自然峡谷地形的风洞试验研究,探讨了V形对称坡度峡谷地形和自然峡谷地形的风速地形修正系数沿横断面和峡谷走向中轴线断面的变化情况,以及对比了两种模型的风速地形修正系数。得出了V形对称坡度峡谷地形和自然峡谷地形的风场特性。(4)采用谐波合成法,通过商业数学软件MATLAB编制程序,模拟出自然山丘地形和自然峡谷地形最不利位置风场及同等来流下的平坦地形风场。基于酒杯塔刚性模型风洞试验获取塔身分段体型系数,并对酒杯塔单塔及不同地形上的三塔四档输电塔线体系的动力特性进行分析比较;分别对比分析了山丘地形与平坦地形和峡谷地形与平坦地形风场下的输电塔线体系的动力时程响应。结果表明:山区地形风场下的输电塔线体系动力时程响应较平坦地形大,易导致输电塔产生疲劳破坏。(5)基于峡谷地形风场,选用调谐质量阻尼器对输电塔线体系进行风振控制并对TMD最优频率比和最优阻尼比进行计算分析。得出峡谷地形下TMD最优频率比为1.01,最优阻尼比为0.06,减振率达23.73%。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM75
【图文】：

边界层风洞,试验段,第一,风场

第2章山丘地形风场特性比较研究2.1 试验概况山丘地形作为典型地形当中占据我国国土面积最为广阔的一种地貌，在“西电东送”的路线上应是输电线路设计必须考虑的风场荷载之一。本章按照“由简化到复杂”的研究思路，首先以三个不同坡度单体概化山丘为研究对象，研究不同坡度单体山丘风场特性，然后以某自然山丘地形为例，对比自然山丘二维剖面线地形模型（以下简称剖面线模型）与自然山丘地形风场特性，探讨通过二维剖面线模型和三维自然地形研究山丘地形风场特性的差异。风洞试验在湖南大学 HD-2 边界层风洞第一试验段进行，截面尺寸为 3m（宽）×2.5m（高），试验段长度为 17m，山丘地形模型的尺寸保证了模型试验的阻塞比不大于 5%。风洞试验时采用《建筑结构荷载规范》[29]中的 B 类风场( 0.15)，按照一定的模型缩尺比通过“尖劈+粗糙元”方法模拟。

粗糙元,尖劈

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澳大利亚 TFI 眼镜蛇探针外形图 2.4 电动控制移测架化山丘地形风场特性研究验模型风洞试验当中的概化山丘地形，其地表母线形状通常有三角形、余弦形、钟形等几种。研究发现，山丘母线形状对其风速地形加速有一定影响[5]。为余弦形的山丘与大部分山丘外形接近，且参考国内外多个文献发现余山丘的合理性。因此，本文采用余弦形母线山丘进行研究。制作中，山丘地表母线模型采用如下余弦曲线：2hhHcos ( r/4L )for r 2L0 π 其他(2.1H 为山体高度；hL 为山高一半时山丘中轴线到山丘地表的水平距离；2 y；山体坡度 / (2 )hs H L。由此得到的概化山丘三维轴对称模型如图 2 所示，其中以模型底盘圆心为坐标轴零点位置，为了方便图示，图 2.

【参考文献】