輸電塔抗風穩定性分析

【摘 要】輸電塔是現代化建設中一個非常重要的技術設計，同時也是一種工程量巨大的高聳建筑，技術要求非常的嚴格，因為輸電塔的設計是運輸電系統的一個重要組成部分，俗話說牽一發而動全身，輸電塔的作用就是運輸電系統中的紐帶環節，它的破壞就會導致整個系統的癱瘓而無法運行，所以輸電塔的建設必須以安全合理堅固為第一目標。輸電塔的特點就是對風的敏感性特別的強，所以本文就主要介紹了輸電塔的抗風穩定性分析。

【關鍵詞】輸電塔體系；風載荷；動力性分析；失效形式；抗風穩定性

輸電塔是電力運輸中的一個重要部分，占有極其重要的作用，其安全性也理所當然的受到了很大的重視。所以輸電塔的設計需要很嚴格的技術要求，其中抗風穩定性是一個非常重要的方面，因為輸電塔經常受到風的影響，有時候會發生動態側傾失穩破壞，所以輸電塔的抗風穩定性分析就變的非常的重要。

1 風的影響

我國建筑的結構載荷規范中對于地面的粗糙系數進行了比較嚴格的規定，分為了A、B、C、D四類，比較平坦的地區是A類例如海面還有沙漠，丘陵、鄉村等為B類，在擁有很多建筑物的城市為C類，建筑非常密集而且有大量高層建筑的為D類。地面上對于空氣的運動阻力，使風速減慢，但是這種作用會受到高度的影響，隨著高度的上升，阻力作用會越來越小，直至可以忽略，這個高度稱為大氣邊界層高度。在此高度內的平均風速受高度影響變化為v（z）=v（10）[z/10]^x式中的v（z）為z高度的平均風速，v（10）為10米處的風速x為地面粗糙系數。脈動風速是具有零均值的隨機變量，用湍流強度、脈動風功率譜等進行描述。

1）對建筑物起作用的風，一般有順風向的風力作用，這一般是在建筑方面需要考慮的最主要的一種，有結構背后的橫風向振動，一般在比較高的建筑是不可忽視的，還有其他建筑尾流引起的振動，負氣阻尼引起的失穩振動。這些對于建筑物的影響一般為，強風會對建筑的部分強度不夠的材料造成破壞，還可能會對建筑物造成一些比較大的影響，有的還會對對一些結構造成疲勞破壞，使其強度受到影響。

輸電塔是一種高聳建筑，順相逢，橫向風都可能會對它造成一部分的影響，產生扭轉或者其他的響應，由于輸電塔一般都是受到順風向，所以輸電塔的順風向響應一般是工程上最為關心的問題，對其進行靜力分析，分析其的線性的變化。

2）失效形式。輸電塔在風的破壞下有很多的失效情況，強風作用下最可能出現的就是強度破壞或失穩破壞，在輸電塔結構設置不合理的情況下，在薄弱的環節很可能就會出現這種情況，嚴重的情況下甚至出現輸電塔倒塌的現象，除此之外變形過大，疲勞破壞（主要受到脈動風的影響），氣動彈性不穩定性等也是一些比較常見的失效形式，例如變形過大還有疲勞破壞雖然在一般時候不會對輸電塔造成明顯的損害，但是卻會產生非常大的潛在危害，會在不可預知的一個時候突然壞掉。頻繁的大幅度的擺動可能就會導致一些結構不能夠正常工作，甚至讓一些結構的橫截面達到受力極限，還有比較長時間的振動都可能造成材料的疲勞累積損傷，這些也都屬于疲勞破壞，所以說輸電塔的穩定性分析非常必要，這對其的使用壽命有著非常重要的決定作用。

2 輸電塔耦聯體系建模

對輸電塔的建模，某500KV超高壓輸電塔線路中的直線型自立式輸電塔，設計如圖，塔高63.3m，呼高39m，雙回路設計。導線型號LGJ-630/45，地線為JL/LB1A-95/55，210kN級三傘型絕緣子。設計的水平檔距為480m，垂直檔距為600m，最大設計風速為30m/s。

3 輸電塔的橫隔面配置方式的抗風穩定性

輸電塔是一種對風非常敏感的建筑結構，橫膈面的設計就是輸電塔為了控制風載荷的破壞，專門設計的一個結構，主要作用就是保持結構整體的穩定，傳遞和分配剪力還有扭矩。專業部門也對橫膈面的設置進行了一些具體的要求。由于一些輸電塔的橫隔面的設置問題，經常導致一些問題的產生，并根據具體問題的實際表現，工程人員對于橫隔板的設置方式進行了深入的研究。但是輸電塔與導線的耦聯作用也是橫隔板的設置需要考慮的因素之一，輸電塔的局部振動還有其的斜撐的面外變形，在橫隔板設置時也需要進行考慮必要時候也需要進行探討。

1）輸電塔中的受力桿件的模擬采用BEAM24三維薄壁梁，絕緣子采用剛性單元MPC184進行模擬，導線和底線均選擇LINK10桿單元。每個輸電塔的固定都是采用底部4個結點進行固定約束。按照規定，在塔身坡度不可變的段上，一般只設置兩個橫隔面，分別設置在塔底第一段和第四塔段。單獨輸電塔進行的靜力研究，輸電塔較于原來的設置方式進行了修改，在原來的兩個橫隔面中間的塔段位置增加兩個橫隔面，不對其他位置的結構或桿件做出改變，將橫隔面設置在兩個塔段中間。沒有增加橫隔面的輸電塔塔線耦聯體系中，導、地線的存在均會有比較大的振動，在中間塔的塔身的沒有設置橫隔面的地方就會造成比較嚴重的局部振動，在風力較大的時候就可能將輸電塔破壞甚至使輸電塔倒塌。增加橫隔面后的輸電塔塔線耦聯體系，在原輸電塔是我中間兩個塔段分別增設了一個橫隔面，經過對模型的分析研究后發現耦聯體系在沒有發生塔身的局部振動。兩種耦聯體系模態振型進行了對比分析得出，增設橫隔面前后，出現了很大的不同，塔身的局部振動得到了很好的消除，也非常好的消除了塔身的不合理振動對塔結構造成的動力失穩破壞。

2）兩種橫隔板設置方式的輸電塔塔線耦聯體系風振動響應分析，在給定的一個時段，空間中的一點，他的風速時程可分解為平均風和脈動風兩部分，都對輸電塔形成一定的風載荷。以20米高度處最大的平均風速30米/秒對兩種橫隔板設置方式進行比較，進行風動力響應分析。在輸電塔上壓桿的面外變形與壓桿自身的穩定具有重要的作用，所以在研究兩種橫隔板的設置方式的時候對比兩塔身上的受壓斜撐面外變形的大小來判斷兩種設置方式下的穩定情況。經過比對分析后發現在增設了橫隔面后，原有的受壓斜撐面的變形程度大幅降低，這樣就在很大程度上降低了受壓斜撐面發生動力失穩的可能性。導、地線與輸電塔結構的耦聯作用，使輸電塔在低頻的線的振動下產生了局部振動，從而造成了輸電塔受到了風的威脅，會使沒有橫隔面的斜撐面產生比較大的變形，在原來的基礎上在增加兩個橫隔面之后，輸電塔的穩定性得到了很大的提高，中間兩個塔段的斜撐面的變形也就非常好的被抑制啦。

4 結束語

輸電塔體系可靠度就是電力輸送體系的可靠性，我國的社會經濟的發展越來越迅速，人們對于能源的需要也越來越大，對其的持續性安全性的要求也越來越高，所以對于我們對輸電體系的建設的要求也越來越高，所以對與輸電塔在風力的影響下的能夠正常工作的要求也日漸的在增大，所以輸電塔的抗風穩定性分析只會越來越重要。所以在未來的發展中我們要以整個輸電系統的穩定為目標，做好輸電塔的設計和維護。

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[責任編輯：薛俊歌]