风荷载下输电塔的随机振动响应分析

摘要

大跨越输电塔是一种柔度较大的高耸结构,一般为较高的格构式钢桁架塔,是跨越江河或深谷的输电线路的支柱.然而在我国,输电塔系统的破坏情况还是较严重的,输电塔被风吹倒之事,几乎每年都有发生.本文根据我国建筑结构荷载规范，以一个高为近400m的大跨越输电塔作为研究对象，设计基本风速为30m/s，采用功率谱分析法，用ANYSYS计算输电塔的随机风振响应，最终得到位移风振系数沿高变化规律，以及杆件的轴应力安全系数。通过研究发现：输电塔作为一个高柔结构对风很敏感，通过计算可以看到输电塔的前六阶频率在0.4-1.1Hz之间,由第一层节点的位移响应谱可以看出，结构的共振响应能量是第一阶振型起决定性作用,把输电塔上的风荷载等效成节点的集中力，施加到节点上，计算出输电塔的风振响应。单塔的最大合位移响应为39.65cm,对于平均风荷载引起的结构响应，输电塔上最大的弯曲应力不超过2.2MPa，要远小于最大轴应力的51.6MPa，因此对于输电塔这样的格构式塔架，平均风荷载引起的主要应力是轴应力，在不考虑导线的情况下，脉动风荷载引起的轴应力与平均风荷载引起的轴应力相当，且弯曲应力也不是太大；除了最底层由于平均风荷载引起的位移较小，所以风振系数有些偏大以外，其他所有层的风振系数都不超过2，沿高度变化规律近似于输电塔第一阶振型的变化规律；风荷载引起的所有杆的应力都不超过材料的强度。