角钢输电塔风荷载作用模式研究

发布时间：2019-09-17 06:32

【摘要】：本文以220kV角钢输电塔为研究对象,设计制作了1：2.5的大比例刚性节段模型,在均匀湍流场中进行同步测压风洞试验,获得了输电塔主材、斜材和辅材杆件的风压分布规律和体型系数沿杆件展长的分布。归纳了风荷载对塔身各杆件的作用特点以及体型系数随风向角的变化规律。对于角钢杆件,当角钢内角迎风时,阻力系数与升力系数均较大,杆件处于双向受力状态。对整塔段的体型系数进行了试验值和国内外规范取值的对比。结果表明：按我国规范取值偏小,试验值与国外规范取值接近。将风荷载按实际分布作用于输电塔各杆件进行内力分析发现：分布风荷载对输电塔斜材产生较大的附加弯矩,影响较大,而对主材和辅材的影响较小。目前按节点力风荷载作用模式忽略了附加弯矩的影响,进行抗风设计存在不安全隐患。通过对比斜材在节点力风荷载模式与分布力风荷载模式下的内力计算结果的差异,提出考虑分布荷载效应的修正方法和有限元模型的改进方式,并给出了该修正方法的结构力学原理。建立角钢塔的修正有限元模型,对比了传统节点集中力荷载模式与斜材分布力荷载模式下主材、斜材的杆件内力,指出荷载模式的选取对主材内力的影响不大,但对斜材内力有较大的影响。对比了角钢塔原模型与修正模型各阶模态的异同；考察了各风向角下,角钢塔在两种荷载模式下的极限承载力。利用风洞试验得到的结果与修正有限元模型,对角钢塔进行动力时程分析。计算得到了塔身各斜材的局部风振系数,与通常采用主材节点计算的风振系数进行对比,发现前者大于后者,指出采用统一的风振系数计算塔身段的风荷载忽略了斜材等局部杆件的风振响应有欠妥当,斜材的局部风振系数应单独计算。分析并对比了基于准定常假定与考虑结构特征湍流风力系数脉动的斜材风振系数,结果表明基于准定常假定的斜材风振系数计算值在一定高度内的偏小幅度较大,此处不宜采用准定常假定。建立单角钢斜材壳单元有限元模型,对比了加载风载前后斜材的屈服变形与极限承载力的差异,发现风载对不同位置的斜材的影响各不相同,这与它们的搭接方式有关,其中对部分杆件的极限承载力的降低程度较大,指出斜材极限承载力的计算除了考虑其连接方式外,还应考虑风载对其极限承载力的降低作用。
【图文】：

钢管塔,实物

图1-3钢管塔实物图本文以高度67.5rn的角钢塔为研究对象，通过风洞试验研究角钢塔身各杆件沿杆长的载的分布特性，在此基础上进行了各项研究。输电塔风荷载特性的研究现状输电塔属于高贫结构，受风荷载影响十分敏感，，输电塔受风荷载实际作用模式复杂，内外不少学者致力于输电塔风荷载研究，并取得了丰富的研究成果⑴程志军⑴等设计并制作了高压输电线路终端塔全塔气动弹性模型，在大气边界层风洞行风荷载及风振响应的试验研究，获得了钢管塔的体型系数，风振响应和风振系数等参数。楼文娟[2]等通过气动弹性模型风洞实验研究了输电塔架的横风向动力荷载，结国外现场实测资料分析，论证格构式塔架具有几乎和顺风向等同的横风向风振力，并提了横风向风振力的简化计算公式。F.CarrilJr.[3]等得到了塔架平均和脉动阻力系数，并研不同风向角、挡风系数、遮蔽效应和瑞流度对阻力系数的影响；邻良浩，梁枢果等[4]
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU347;TU312.1

【参考文献】