雷暴冲击风风场中输电塔的风振响应及输电线路风偏研究

摘要

雷暴冲击风（下击暴流）是雷暴过程中一股强烈的下击气流，在地面或接近壁面处产生极高风速，造成了大量建筑结构物的破坏。目前，雷暴冲击风的研究重点主要集中在稳态雷暴风的风场特性上，对于非稳态雷暴风风场、雷暴冲击风的风荷载及风致响应的研究则较少。论文对雷暴冲击风风场、雷暴冲击风下的铁塔风效应及输电线路风偏进行了相关研究。
　　在风场研究中，通过雷暴冲击风试验设备，测试了不同地面粗糙高度下稳态雷暴冲击风风场以及地面粗糙高度为0.3679m时的非稳态雷暴冲击风的风场，得出了稳态雷暴冲击风水平风速及其湍流强度、竖向风速及其湍流强度沿竖向的剖面，研究了各参量随地面粗糙高度、径向位置的变化规律。获得了非稳态雷暴冲击风的不同高度处的水平风速时程曲线和最大风速剖面，并分析了水平风速时程曲线随高度的变化规律、两类雷暴冲击风最大风速剖面的异同。研究表明地面粗糙高度能提高水平风速出现的高度，非稳态雷暴冲击风的运动能形成风场加强区和减弱区。
　　分析发现，经典的DSHM（Deterministicstochastichybridmethod，DSHM）在运用过程中有自身使用条件的限制，论文在此基础上提出了改进的DSHM，采用CFD或风洞试验获得的非稳态雷暴冲击风下的结构受力平均荷载时程，结合DSHM给出的脉动成分调制叠加方法，获得了结构在非稳态雷暴冲击风下的总风荷载时程。
　　在对于具有横向结构特征的导线的非稳态雷暴风致风偏研究中，采用基于Fluent动网格技术的CFD数值模拟放，模拟了导线在非稳态雷暴冲击风运动过程中的平均风荷载时程，再采用改进的DSHM生成了总荷载时程，利用Ansys分析了导线在非稳态雷暴风场中的风偏，并据此与规范的风偏结果进行对比，发现，雷暴风下的结果大于规范的风偏结果，需对风压不均匀系数进行修正。
　　在对于具有竖向结构特征的输电塔，由测力试验得到了稳态、非稳态雷暴冲击风下输电塔各段的风荷载。分析了在稳态雷暴冲击风中风荷载随径向位置以及高度的分布规律，得到了输电塔相应的静力响应特征;对非稳态雷暴冲击风下各工况下风荷载峰值随旋转角的变化规律进行了分析，通过改进的DSHM得到了非稳态雷暴风下的输电塔各段的风荷载时程，并据此分析了输电塔的准静态响应与风振响应。将考虑非稳态荷载时程的脉动成分影响后的风振响应最大值和非稳态雷暴风下的准静态响应最大值之比定义为风振系数。y=0Djet位置0°旋转角位置，体轴x向的风振系数底部节段较大为1.51，塔顶较小为1.21，90°时，体轴y向的底部节段与塔顶风振系数相差不大，分别为1.41和1.47。规范下的位移响应要大于雷暴风的结果，但不能据此得出规范趋于安全。

目录

声明

致谢

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．1．1 雷暴冲击风的形成、分布及其危害

1．1．2 我国雷暴风的分布及主要灾害

1．2 雷暴冲击风的研究现状

1．2．1 风场研究

1．2．2 风荷载模拟

1．2．3 结构响应研究

1．3 本文研究内容

第2章 雷暴冲击风风场研究

2．1 雷暴冲击风风场试验

2．1．1 雷暴冲击风装置

2．1．2 粗糙元的设计及摆放

2．1．3 试验工况

2．2 稳态雷暴冲击风风场研究

2．2．1 射流口风速的标定

2．2．2 不同地貌下风速竖剖面与湍流竖剖面

2．2．3 试验与CFD模拟对比

2．3 非稳态雷暴冲击风风场研究

2．3．1 试验模拟

2．3．2 CFD模拟

2．4 本章小结

第3章 非稳态雷暴冲击风风荷载研究

3．1 经典DSHM应用分析

3．2 基于改进的DSHM的风荷载

3．3 稳态雷暴冲击风风荷载

3．4 本章小结

第4章 非稳态雷暴冲击风下输电线路风偏

4．1 风荷载

4．2 计算模型

4．3 风偏结果

4．4 本章小结

第5章 非稳态雷暴冲击风下输电塔的风振

5．1 模型制作

5．1．1 输电塔原型

5．1．2 输电塔刚性模型制作

5．2 试验工况、装置及方法

5．2．1 试验工况

5．2．2 试验装置及方法

5．3 杆塔雷诺数效应

5．3．1 试验方法及计算公式

5．3．2 试验结果

5．4 雷暴风风荷载

5．4．1 稳态雷暴冲击风风场中输电塔风荷载

5．4．2 非稳态雷暴冲击风风场中输电塔风荷载

5．5 输电塔响应分析

5．5．1 输电塔Ansys模型

5．5．2 稳态雷暴冲击风中输电塔响应

5．5．3 非稳态雷暴冲击风中输电塔响应

5．6 本章小结

第6章 结论

6．1 本文主要研究成果

6．2 不足及改进建议

参考文献

作者简历

攻读硕士期间科研成果