格構式圓截面鋼管塔風荷載特性的風洞試驗研究.pdf

1、格構式圓截面鋼管輸電塔(以下簡稱圓鋼塔)由于具有體型系數小、回轉半徑大、抗扭性能好等特性，在輸電線路中得到廣泛應用。因為輸電塔具有輕質、高柔、小阻尼等特征，對風荷載的作用十分敏感，故對輸電塔的風荷載特性進行研究具有重要意義。本文以一典型的長塔臂圓鋼塔為原型，制作1:130剛性模型及1:45氣動彈性模型，通過風洞試驗手段研究圓鋼塔的風荷載特性。
　　 首先，對1:130剛性模型依次卸除橫擔，分六種體型依次在均勻流和B類地貌下進行天

2、平測力風洞試驗。根據基底剪力和基底彎矩反算得到圓鋼塔的整體體型系數，對比兩類風場下六種體型輸電塔的整體體型系數，探討圓鋼塔雷諾數效應的修正問題。研究發(fā)現，體型系數可以按基底彎矩或基底剪力公式計算，兩者差別不大；B類地貌流場下由試驗獲得的體型系數不用考慮雷諾數效應；而在均勻流場下試驗獲得的體型系數則應考慮雷諾數效應的折減。據此在B類地貌下討論圓鋼塔的體型系數問題，根據試驗得到的剪力計算整塔、塔身和橫擔的體型系數，將塔身順線向的體型系數與各

3、國規(guī)范的數據進行比較，并探討角度風吹時塔身和橫擔風荷載分配系數的合理性。研究發(fā)現，整塔、塔身和橫擔的順線向體型系數均在15°風向(而不是0°風向)達到最大值，15°風向是順線向受風的最不利風向；試驗得到塔身0°方向的體型系數與IEC60826、ASCE/SEI規(guī)范數據最為接近，比中國規(guī)范數據大；45°風向時三角形橫擔風荷載的試驗結果比規(guī)范值大50％。
　　 其次，對1:45氣動彈性模型在B類地貌下進行測振試驗，分別采用經驗模態(tài)分

4、解法(EMD)及改進的經驗模態(tài)分解法(EEMD)分解測振試驗的加速度時程，對比兩者分解得到的本征模態(tài)函數，發(fā)現EEMD具有較好的分解結果。然后運用改進的經驗模態(tài)分解法、改進的隨機減量法及Hilbert變換法識別不同風速作用下圓鋼塔順、橫風向的阻尼特性，再對模型依次卸除橫擔，探討橫擔對輸電塔阻尼特性的影響。研究發(fā)現，圓鋼塔的阻尼在總體趨勢上隨著風速的增大而增大，而頻率則隨著風速的增大而減??；橫擔的存在使得圓鋼塔橫線向阻尼在某個特定風速下會

5、突然出現極值，同時使得順、橫風向圓鋼塔的阻尼值差異較大；圓鋼塔順、橫線向分別處于正迎風方向時的阻尼大于處于橫風向方向的阻尼；一般情況下圓鋼塔模型橫線性的一階阻尼比可取為4%，而順線性的一階阻尼比可取為3%。
　　 最后，利用1:45氣彈模型橫擔及塔身上的3個加速度測點進行扭轉效應的分析，提出扭轉角加速度和扭矩的計算方法，并給出計算結果。將所有扭轉風荷載集中為基底的扭矩后和1:130剛性模型天平測力經相似理論轉換后得到的扭矩進行比