輸電塔抗風穩(wěn)定性分析

【摘 要】輸電塔是現(xiàn)代化建設(shè)中一個非常重要的技術(shù)設(shè)計，同時也是一種工程量巨大的高聳建筑，技術(shù)要求非常的嚴格，因為輸電塔的設(shè)計是運輸電系統(tǒng)的一個重要組成部分，俗話說牽一發(fā)而動全身，輸電塔的作用就是運輸電系統(tǒng)中的紐帶環(huán)節(jié)，它的破壞就會導致整個系統(tǒng)的癱瘓而無法運行，所以輸電塔的建設(shè)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(wěn)定性分析。

【關(guān)鍵詞】輸電塔體系；風載荷；動力性分析；失效形式；抗風穩(wěn)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(shè)計需要很嚴格的技術(shù)要求，其中抗風穩(wěn)定性是一個非常重要的方面，因為輸電塔經(jīng)常受到風的影響，有時候會發(fā)生動態(tài)側(cè)傾失穩(wěn)破壞，所以輸電塔的抗風穩(wěn)定性分析就變的非常的重要。

1 風的影響

我國建筑的結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范中對于地面的粗糙系數(shù)進行了比較嚴格的規(guī)定，分為了A、B、C、D四類，比較平坦的地區(qū)是A類例如海面還有沙漠，丘陵、鄉(xiāng)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(nèi)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(shù)。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(jié)構(gòu)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(wěn)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(jié)構(gòu)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(chǎn)生扭轉(zhuǎn)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(guān)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(xiàn)的就是強度破壞或失穩(wěn)破壞，在輸電塔結(jié)構(gòu)設(shè)置不合理的情況下，在薄弱的環(huán)節(jié)很可能就會出現(xiàn)這種情況，嚴重的情況下甚至出現(xiàn)輸電塔倒塌的現(xiàn)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(wěn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)不能夠正常工作，甚至讓一些結(jié)構(gòu)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(wěn)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(lián)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(shè)計如圖，塔高63.3m，呼高39m，雙回路設(shè)計。導線型號LGJ-630/45，地線為JL/LB1A-95/55，210kN級三傘型絕緣子。設(shè)計的水平檔距為480m，垂直檔距為600m，最大設(shè)計風速為30m/s。

3 輸電塔的橫隔面配置方式的抗風穩(wěn)定性

輸電塔是一種對風非常敏感的建筑結(jié)構(gòu)，橫膈面的設(shè)計就是輸電塔為了控制風載荷的破壞，專門設(shè)計的一個結(jié)構(gòu)，主要作用就是保持結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定，傳遞和分配剪力還有扭矩。專業(yè)部門也對橫膈面的設(shè)置進行了一些具體的要求。由于一些輸電塔的橫隔面的設(shè)置問題，經(jīng)常導致一些問題的產(chǎn)生，并根據(jù)具體問題的實際表現(xiàn)，工程人員對于橫隔板的設(shè)置方式進行了深入的研究。但是輸電塔與導線的耦聯(lián)作用也是橫隔板的設(shè)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(shè)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(jié)點進行固定約束。按照規(guī)定，在塔身坡度不可變的段上，一般只設(shè)置兩個橫隔面，分別設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)或桿件做出改變，將橫隔面設(shè)置在兩個塔段中間。沒有增加橫隔面的輸電塔塔線耦聯(lián)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(shè)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(lián)體系，在原輸電塔是我中間兩個塔段分別增設(shè)了一個橫隔面，經(jīng)過對模型的分析研究后發(fā)現(xiàn)耦聯(lián)體系在沒有發(fā)生塔身的局部振動。兩種耦聯(lián)體系模態(tài)振型進行了對比分析得出，增設(shè)橫隔面前后，出現(xiàn)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(jié)構(gòu)造成的動力失穩(wěn)破壞。

2）兩種橫隔板設(shè)置方式的輸電塔塔線耦聯(lián)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(shè)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(wěn)定具有重要的作用，所以在研究兩種橫隔板的設(shè)置方式的時候?qū)Ρ葍伤砩系氖軌盒睋蚊嫱庾冃蔚拇笮砼袛鄡煞N設(shè)置方式下的穩(wěn)定情況。經(jīng)過比對分析后發(fā)現(xiàn)在增設(shè)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(fā)生動力失穩(wěn)的可能性。導、地線與輸電塔結(jié)構(gòu)的耦聯(lián)作用，使輸電塔在低頻的線的振動下產(chǎn)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(chǎn)生比較大的變形，在原來的基礎(chǔ)上在增加兩個橫隔面之后，輸電塔的穩(wěn)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(jié)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(jīng)濟的發(fā)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(xù)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(shè)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(wěn)定性分析只會越來越重要。所以在未來的發(fā)展中我們要以整個輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定為目標，做好輸電塔的設(shè)計和維護。

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[責任編輯：薛俊歌]