【摘 要】輸電塔是現(xiàn)代化建設(shè)中一個(gè)非常重要的技術(shù)設(shè)計(jì)，同時(shí)也是一種工程量巨大的高聳建筑，技術(shù)要求非常的嚴(yán)格，因?yàn)檩旊娝脑O(shè)計(jì)是運(yùn)輸電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，俗話說牽一發(fā)而動(dòng)全身，輸電塔的作用就是運(yùn)輸電系統(tǒng)中的紐帶環(huán)節(jié)，它的破壞就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓而無法運(yùn)行，所以輸電塔的建設(shè)必須以安全合理堅(jiān)固為第一目標(biāo)。輸電塔的特點(diǎn)就是對(duì)風(fēng)的敏感性特別的強(qiáng)，所以本文就主要介紹了輸電塔的抗風(fēng)穩(wěn)定性分析。

【關(guān)鍵詞】輸電塔體系；風(fēng)載荷；動(dòng)力性分析；失效形式；抗風(fēng)穩(wěn)定性

輸電塔是電力運(yùn)輸中的一個(gè)重要部分，占有極其重要的作用，其安全性也理所當(dāng)然的受到了很大的重視。所以輸電塔的設(shè)計(jì)需要很嚴(yán)格的技術(shù)要求，其中抗風(fēng)穩(wěn)定性是一個(gè)非常重要的方面，因?yàn)檩旊娝?jīng)常受到風(fēng)的影響，有時(shí)候會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)側(cè)傾失穩(wěn)破壞，所以輸電塔的抗風(fēng)穩(wěn)定性分析就變的非常的重要。

1 風(fēng)的影響

我國建筑的結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范中對(duì)于地面的粗糙系數(shù)進(jìn)行了比較嚴(yán)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(duì)于空氣的運(yùn)動(dòng)阻力，使風(fēng)速減慢，但是這種作用會(huì)受到高度的影響，隨著高度的上升，阻力作用會(huì)越來越小，直至可以忽略，這個(gè)高度稱為大氣邊界層高度。在此高度內(nèi)的平均風(fēng)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(fēng)速，v（10）為10米處的風(fēng)速x為地面粗糙系數(shù)。脈動(dòng)風(fēng)速是具有零均值的隨機(jī)變量，用湍流強(qiáng)度、脈動(dòng)風(fēng)功率譜等進(jìn)行描述。

1）對(duì)建筑物起作用的風(fēng)，一般有順風(fēng)向的風(fēng)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(fēng)向振動(dòng)，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(dòng)，負(fù)氣阻尼引起的失穩(wěn)振動(dòng)。這些對(duì)于建筑物的影響一般為，強(qiáng)風(fēng)會(huì)對(duì)建筑的部分強(qiáng)度不夠的材料造成破壞，還可能會(huì)對(duì)建筑物造成一些比較大的影響，有的還會(huì)對(duì)對(duì)一些結(jié)構(gòu)造成疲勞破壞，使其強(qiáng)度受到影響。

輸電塔是一種高聳建筑，順相逢，橫向風(fēng)都可能會(huì)對(duì)它造成一部分的影響，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)或者其他的響應(yīng)，由于輸電塔一般都是受到順風(fēng)向，所以輸電塔的順風(fēng)向響應(yīng)一般是工程上最為關(guān)心的問題，對(duì)其進(jìn)行靜力分析，分析其的線性的變化。

2）失效形式。輸電塔在風(fēng)的破壞下有很多的失效情況，強(qiáng)風(fēng)作用下最可能出現(xiàn)的就是強(qiáng)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(huì)出現(xiàn)這種情況，嚴(yán)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(dòng)風(fēng)的影響），氣動(dòng)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(shí)候不會(huì)對(duì)輸電塔造成明顯的損害，但是卻會(huì)產(chǎn)生非常大的潛在危害，會(huì)在不可預(yù)知的一個(gè)時(shí)候突然壞掉。頻繁的大幅度的擺動(dòng)可能就會(huì)導(dǎo)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(dá)到受力極限，還有比較長時(shí)間的振動(dòng)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(duì)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(duì)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(jì)如圖，塔高63.3m，呼高39m，雙回路設(shè)計(jì)。導(dǎo)線型號(hào)LGJ-630/45，地線為JL/LB1A-95/55，210kN級(jí)三傘型絕緣子。設(shè)計(jì)的水平檔距為480m，垂直檔距為600m，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速為30m/s。

3 輸電塔的橫隔面配置方式的抗風(fēng)穩(wěn)定性

輸電塔是一種對(duì)風(fēng)非常敏感的建筑結(jié)構(gòu)，橫膈面的設(shè)計(jì)就是輸電塔為了控制風(fēng)載荷的破壞，專門設(shè)計(jì)的一個(gè)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(duì)橫膈面的設(shè)置進(jìn)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(dǎo)致一些問題的產(chǎn)生，并根據(jù)具體問題的實(shí)際表現(xiàn)，工程人員對(duì)于橫隔板的設(shè)置方式進(jìn)行了深入的研究。但是輸電塔與導(dǎo)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(dòng)還有其的斜撐的面外變形，在橫隔板設(shè)置時(shí)也需要進(jìn)行考慮必要時(shí)候也需要進(jìn)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(jìn)行模擬，導(dǎo)線和底線均選擇LINK10桿單元。每個(gè)輸電塔的固定都是采用底部4個(gè)結(jié)點(diǎn)進(jìn)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(gè)橫隔面，分別設(shè)置在塔底第一段和第四塔段。單獨(dú)輸電塔進(jìn)行的靜力研究，輸電塔較于原來的設(shè)置方式進(jìn)行了修改，在原來的兩個(gè)橫隔面中間的塔段位置增加兩個(gè)橫隔面，不對(duì)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(gè)塔段中間。沒有增加橫隔面的輸電塔塔線耦聯(lián)體系中，導(dǎo)、地線的存在均會(huì)有比較大的振動(dòng)，在中間塔的塔身的沒有設(shè)置橫隔面的地方就會(huì)造成比較嚴(yán)重的局部振動(dòng)，在風(fēng)力較大的時(shí)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(gè)塔段分別增設(shè)了一個(gè)橫隔面，經(jīng)過對(duì)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(dòng)。兩種耦聯(lián)體系模態(tài)振型進(jìn)行了對(duì)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(dòng)得到了很好的消除，也非常好的消除了塔身的不合理振動(dòng)對(duì)塔結(jié)構(gòu)造成的動(dòng)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(fēng)振動(dòng)響應(yīng)分析，在給定的一個(gè)時(shí)段，空間中的一點(diǎn)，他的風(fēng)速時(shí)程可分解為平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)兩部分，都對(duì)輸電塔形成一定的風(fēng)載荷。以20米高度處最大的平均風(fēng)速30米/秒對(duì)兩種橫隔板設(shè)置方式進(jìn)行比較，進(jìn)行風(fēng)動(dòng)力響應(yīng)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(shí)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(duì)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(dòng)力失穩(wěn)的可能性。導(dǎo)、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(dòng)下產(chǎn)生了局部振動(dòng)，從而造成了輸電塔受到了風(fēng)的威脅，會(huì)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(gè)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(gè)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(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展越來越迅速，人們對(duì)于能源的需要也越來越大，對(duì)其的持續(xù)性安全性的要求也越來越高，所以對(duì)于我們對(duì)輸電體系的建設(shè)的要求也越來越高，所以對(duì)與輸電塔在風(fēng)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(fēng)穩(wěn)定性分析只會(huì)越來越重要。所以在未來的發(fā)展中我們要以整個(gè)輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定為目標(biāo)，做好輸電塔的設(shè)計(jì)和維護(hù)。

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