稳态下击暴流作用下输电塔风荷载研究

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灾害调查结果表明,大部分输电线路的风致破坏与下击暴流相关,而下击暴流的发生具有强烈的随机特征,每一次发生的速度与形状等参数均不完全相同。与此同时,实际情况中的输电线路的工况也具有多样性,例如,输电塔线的形状、高度以及档距等往往是根据占地面积、经济性等因素选定。因此,有必要从不同风场参数和塔线参数出发,系统的研究下击暴流对输电塔的作用规律。本文以滇西北至广东±800kV特高压直流输电线路中的不同高度的干字型输电塔为研究对象,同时考虑输电塔参数和下击暴流风场参数的相互关系及其对输电塔下击暴流风荷载的影响规律。研究工作主要包括以下几个方面:
  (1)基于下击暴流风场的CFD数值模拟,对现有的下击暴流风场经验模型进行归纳总结。改变下击暴流的出流参数,基于CFD数值模拟结果,分析下击暴流水平风速的竖向和径向风剖面。将数值模拟结果与经验模型进行对比,对比水平风速竖向风剖面、径向风剖面以及边界层风的非线性发展规律,对比分析现有经验模型的适用性。
  (2)对输电塔有限元建模和设计风荷载计算方法进行说明。首先,在ANSYS中建立了不同塔高的输电塔有限元模型;其次,对输电塔在两类风场下的风速进行模拟,并对输电塔进行荷载分区;最后,对两类风场下的输电塔等效静力风荷载计算方法进行说明。
  (3)通过改变下击暴流的尺度参数和位置参数,如:下击暴流出流直径、输电塔线体系与风暴的相对位置、来流风与塔线结构的夹角,对比分析不同参数的下击暴流对输电塔风荷载作用的影响规律;改变输电塔自身的结构参数,如塔高、输电线档距,研究了输电塔参数的改变对下击暴流作用下风荷载响应的影响规律;提出了输电塔的最不利下击暴流风场参数。
  (4)对两类风场作用下输电塔风荷载效应进行对比。首先,对比两类风场作用下输电塔的等效静力风荷载作用大小;其次,数值模拟了两类风场的脉动风速,并对两类风场作用下的输电塔的时程响应进行对比;最后,总结了不同参数的输电塔在考虑两类风场作用时的最不利风荷载值。
  (5)对比两类风场作用下按照规范计算所得的输电塔的等效静力响应与时程响应峰值,分析杆塔技术规范和建筑荷载规范对两类风场风荷载取值的合理性。
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