基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线设计风载荷的计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线风载荷的计算方法，步骤为：搭建超高大跨越塔的塔线体系，获取塔线体系的物理参数；基于塔线耦合影响因子，求取杆塔等效阻尼系数、塔线体系超高大跨越塔的风振系数、塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数、塔线体系风荷载脉动折减系数；对塔线体系超高大跨越塔的风振系数、风偏角的风振系数进行修正计算，得到塔线体系超高大跨越塔的修正风振系数和塔线体系输电线的修正风振系数；基于塔线分离法，在等效振动惯性力作用下计算超高大跨越塔线体系中超高输电塔的设计风荷载和大跨越输电线的设计风荷载。有益效果：单塔设计精度高，可靠。

【技术实现步骤摘要】
基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线设计风载荷的计算方法
本专利技术涉及
，具体的说是一种基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线风载荷的计算方法。
技术介绍
超高输电塔是与常规输电塔相比较，其塔高超出梯度风高度的输电塔。动力时程分析可以获得结构的风振响应，但是采用杆塔设计规范计算的风振系数简明、方便、省时，现阶段该方法仍被设计人员广泛采用。通过规范计算的风振系数应该具有能够使输电塔的风振响应和实际最大风振响应等效的作用。采用准确的风振系数进行杆塔设计是保证输电线路正常运行的前提。采用杆塔设计规范计算的风荷载简明、方便、省时，现阶段该方法仍被设计人员广泛采用。通过规范计算的风荷载应该具有能够使输电塔的风振响应和实际最大风振响应等效的作用。采用准确的效静力风荷载进行杆塔设计是保证输电线路正常运行的前提。现有电力相关标准中：例如文献(1)GB50545-2010.110kV～750kV架空输电线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010；(2)GB50665-2011.10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线风载荷的计算方法，其特征在于：具体步骤为：/nS1：搭建超高大跨越塔的塔线体系，并获取塔线体系的超高大跨越塔、输电线、绝缘子串的物理参数；/nS2：基于塔线耦合影响因子，根据塔线体系中杆塔等效阻尼系数δ

【技术特征摘要】
1.一种基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线风载荷的计算方法，其特征在于：具体步骤为：
S1：搭建超高大跨越塔的塔线体系，并获取塔线体系的超高大跨越塔、输电线、绝缘子串的物理参数；
S2：基于塔线耦合影响因子，根据塔线体系中杆塔等效阻尼系数δe；
S3：将步骤S2得到的塔线体系中杆塔等效阻尼系数δe来替换阻尼系数ζ1，求取塔线体系超高大跨越塔的风振系数β(z)；
考虑线形与线长影响因子，计算塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数β；
其中，求取塔线体系超高大跨越塔的风振系数β(z)的步骤为：
S311：根据步骤S1中超高大跨越塔的物理参数，确定超高大跨越塔所在地面粗糙度类别，设定10m高度处的平均分速超高大跨越塔的总高度H；跟开b1；横担个数nc；横担平均外伸长度
S312：构建超高大跨越塔的风荷载的计算模型，通过水平均布荷载作用下结构的挠曲线获得超高大跨越塔0°风向角的1阶侧弯振型φ1(z)；

z为实际高度值
S313：根据荷载规范引入背景分量因子Bz(z)，进而计算超高输电塔的脉动风荷载在水平方向的相关系数ρx；比较超高输电塔的塔高和梯度风高度，计算脉动风荷载在竖直方向的相关系数ρz；根据荷载规范引入并计算共振分量因子R；确定地面粗糙度指数α；峰值因子gs；10m高度处的湍流度I10；



Hg为梯度风高度；ξ1＝δe；n为脉动风速的频率；
S314：获取背景分量因子的中间变量γ的拟合系数kγ、aγ、ly、my和by；考虑超高输电塔梯度风影响因素，求取风振系数考虑整体外形变化的修正系数θv；考虑超高输电塔梯度风高度因素和钢管中混凝土作为附加质量因素；
求取修正系数θl，该修正系数θl为风振系数考虑附加面积的修正系数θa和风振系数考虑附加质量的修正系数θm的乘积；
S315：考虑钢管中混凝土作为附加质量因素，求取在剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的θb(z)、横担的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zI)和横隔面的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zJ)；






S316：根据塔身的实际高度值z，根据步骤S315获取的修正系数对应求取在z高度处的背景分量因子Bz(z)；
μzg为梯度风高度处的风压高度变化系数；
S317：计算风振系数β(z)；其中，风振系数表达式为：gs为峰值因子，其根据荷载规范取值；
S4：考虑塔线耦合效应，求取塔线体系风荷载脉动折减系数εc；
S5：根据步骤S4得到的塔线体系风荷载脉动折减系数，对步骤S3中的塔线体系超高大跨越塔的风振系数、风偏角的风振系数β进行修正计算，得到塔线体系超高大跨越塔的修正风振系数β*(z)和塔线体系输电线的修正风振系数β*；
S6：基于塔线分离法，在等效振动惯性力作用下计算超高大跨越塔线体系中超高输电塔的设计风荷载和大跨越输电线的设计风荷载WX。


2.根据权利要求1所述的基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线风载荷的计算方法，其特征在于：步骤S2的具体步骤为：
S21：根据步骤S1的超高大跨越塔的塔线体系，得到超高大跨越塔线体系计算模型图；
所述塔线体系计算模型中的杆塔为密实结构，塔身为正方形的变截面，由下至上尺寸变小，横担为等截面；所述塔线体系计算模型中的导线两端等高，与固定铰支座连接；所述塔线体系计算模型中的杆塔高度为H，横担悬臂长度为lca，绝缘子长度为lin，导线跨度为L；导线挂点无高差
S22：设定输电线和绝缘子串振动的假设条件，得到的超高大跨越塔线体系中输电线和绝缘子串的振型图以及迎风面、被风面输电线和绝缘子串的广义质量、广义刚度和广义阻尼；并将超高大跨越塔线体系中输电线和绝缘子串组合形成索结构体系；
所述迎风面、被风面导线的广义质量计算公式为：



所述迎风面、被风面导线的广义刚度计算公式为：
所述迎风面、被风面导线的广义阻尼计算公式为：
mc为单根导线单位线长的质量；单根导线振型γg为导线的自重比载；σ0为导线的水平初应力；Γ为导线的线长，ζc＝ζsc+ζac；ζsc为导线结构阻尼比；ζac为导线启动阻尼比；Nc为分裂导线的个数；Tw为平均风状态下单根导线的水平张力；ζc为导线阻尼比；
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义质量计算公式为：
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义刚度计算公式为：
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义阻尼计算公式为：
其中，min为绝缘子串单位高度质量；Din为绝缘子串迎风外径；绝缘子串振型H-lin≤Z≤H；ζin为绝缘子串阻尼比；lin为绝缘子长度；其中，索结构体系对应的广义质量、广义刚度和广义阻尼的计算公式为：
S23：将步骤S22得到的数据构建索结构体系结合杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型；
S24：基于杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型，求取超高大跨越塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值和单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值；从而得到二者的比例式；
S25：基于步骤S24得到的计算公式，推导超高大跨越塔悬挂输电线后塔线等效阻尼系数的计算公式，并计算塔线体系中杆塔等效阻尼系数。


3.根据权利要求2所述的基于惯性力法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的超高大跨越塔、线风载荷的计算方法，其特征在于：步骤S24中所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值的计算公式为：



其中，



λn＝nci/nt；












杆塔1阶模态的振型φt(z)＝(z/H)2，0≤z≤H；

为杆塔的广义质量，Mca为横担的质量，mt(z)为随高度变化的杆塔单位高度质量；
coh(z1,z2)为z1和z2高度处两点的脉动风速的相干函数；
Sf(nt)为归一化风速谱，nt为杆塔脉动风速的频率；σv'为脉动风速的标准差；

为索结构与杆塔的广义质量比值，
λn为索结构与杆塔的频率比值；λn＝nci/nt；导线悬挂于杆塔的顶部，
ζt为总阻尼比；ζt＝ζst+ζat；ζst为杆塔结构阻尼比；ωt为杆塔无阻尼振动的圆频率；δci为索结构总阻尼比，近视取导线阻尼比，δci≈ζc，ζc＝ζsc+ζac；
ρa为空气密度，μs(z)为风压随高度变化系数；bs(z)为随高度变化的迎风面宽度；随高度变化的平均风速，σv'为脉动风速的标准差；
ζat为杆塔气动阻尼比；As，ca为横担的挡风面积；
所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值为：






所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量和所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的比例式为：



步骤S25中推导超高大跨越塔悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式的步骤为：
悬挂导线后杆塔的等效阻尼比为：



其中，ρ与ζe的关系为：
对于输电塔线体系而言，索结构为柔性体系，卓越频率远小于杆塔的频率；则忽略λn的高阶项；
杆塔的阻尼比约为0.01，索结构的阻尼比小于1，则忽略项；
导线悬挂于杆塔的顶部，
故悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式为：δe≈δt+μM*λnδci。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爽，晏致涛，
申请(专利权)人：重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：重庆;50