格構(gòu)式圓截面鋼管塔風(fēng)荷載特性的風(fēng)洞試驗(yàn)研究.pdf

1、格構(gòu)式圓截面鋼管輸電塔(以下簡(jiǎn)稱(chēng)圓鋼塔)由于具有體型系數(shù)小、回轉(zhuǎn)半徑大、抗扭性能好等特性，在輸電線(xiàn)路中得到廣泛應(yīng)用。因?yàn)檩旊娝哂休p質(zhì)、高柔、小阻尼等特征，對(duì)風(fēng)荷載的作用十分敏感，故對(duì)輸電塔的風(fēng)荷載特性進(jìn)行研究具有重要意義。本文以一典型的長(zhǎng)塔臂圓鋼塔為原型，制作1:130剛性模型及1:45氣動(dòng)彈性模型，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)手段研究圓鋼塔的風(fēng)荷載特性。
　　 首先，對(duì)1:130剛性模型依次卸除橫擔(dān)，分六種體型依次在均勻流和B類(lèi)地貌下進(jìn)行天

2、平測(cè)力風(fēng)洞試驗(yàn)。根據(jù)基底剪力和基底彎矩反算得到圓鋼塔的整體體型系數(shù)，對(duì)比兩類(lèi)風(fēng)場(chǎng)下六種體型輸電塔的整體體型系數(shù)，探討圓鋼塔雷諾數(shù)效應(yīng)的修正問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，體型系數(shù)可以按基底彎矩或基底剪力公式計(jì)算，兩者差別不大；B類(lèi)地貌流場(chǎng)下由試驗(yàn)獲得的體型系數(shù)不用考慮雷諾數(shù)效應(yīng)；而在均勻流場(chǎng)下試驗(yàn)獲得的體型系數(shù)則應(yīng)考慮雷諾數(shù)效應(yīng)的折減。據(jù)此在B類(lèi)地貌下討論圓鋼塔的體型系數(shù)問(wèn)題，根據(jù)試驗(yàn)得到的剪力計(jì)算整塔、塔身和橫擔(dān)的體型系數(shù)，將塔身順線(xiàn)向的體型系數(shù)與各

3、國(guó)規(guī)范的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并探討角度風(fēng)吹時(shí)塔身和橫擔(dān)風(fēng)荷載分配系數(shù)的合理性。研究發(fā)現(xiàn)，整塔、塔身和橫擔(dān)的順線(xiàn)向體型系數(shù)均在15°風(fēng)向(而不是0°風(fēng)向)達(dá)到最大值，15°風(fēng)向是順線(xiàn)向受風(fēng)的最不利風(fēng)向；試驗(yàn)得到塔身0°方向的體型系數(shù)與IEC60826、ASCE/SEI規(guī)范數(shù)據(jù)最為接近，比中國(guó)規(guī)范數(shù)據(jù)大；45°風(fēng)向時(shí)三角形橫擔(dān)風(fēng)荷載的試驗(yàn)結(jié)果比規(guī)范值大50％。
　　 其次，對(duì)1:45氣動(dòng)彈性模型在B類(lèi)地貌下進(jìn)行測(cè)振試驗(yàn)，分別采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分

4、解法(EMD)及改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法(EEMD)分解測(cè)振試驗(yàn)的加速度時(shí)程，對(duì)比兩者分解得到的本征模態(tài)函數(shù)，發(fā)現(xiàn)EEMD具有較好的分解結(jié)果。然后運(yùn)用改進(jìn)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解法、改進(jìn)的隨機(jī)減量法及Hilbert變換法識(shí)別不同風(fēng)速作用下圓鋼塔順、橫風(fēng)向的阻尼特性，再對(duì)模型依次卸除橫擔(dān)，探討橫擔(dān)對(duì)輸電塔阻尼特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，圓鋼塔的阻尼在總體趨勢(shì)上隨著風(fēng)速的增大而增大，而頻率則隨著風(fēng)速的增大而減?。粰M擔(dān)的存在使得圓鋼塔橫線(xiàn)向阻尼在某個(gè)特定風(fēng)速下會(huì)

5、突然出現(xiàn)極值，同時(shí)使得順、橫風(fēng)向圓鋼塔的阻尼值差異較大；圓鋼塔順、橫線(xiàn)向分別處于正迎風(fēng)方向時(shí)的阻尼大于處于橫風(fēng)向方向的阻尼；一般情況下圓鋼塔模型橫線(xiàn)性的一階阻尼比可取為4%，而順線(xiàn)性的一階阻尼比可取為3%。
　　 最后，利用1:45氣彈模型橫擔(dān)及塔身上的3個(gè)加速度測(cè)點(diǎn)進(jìn)行扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的分析，提出扭轉(zhuǎn)角加速度和扭矩的計(jì)算方法，并給出計(jì)算結(jié)果。將所有扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載集中為基底的扭矩后和1:130剛性模型天平測(cè)力經(jīng)相似理論轉(zhuǎn)換后得到的扭矩進(jìn)行比