基于塔线体系模型的沿海输电铁塔抗风性能研究

输电塔抗风稳定性分析【摘要】输电塔是现代化建设中一个非常重要的技术设计，同时也是一种工程量巨大的高耸建筑，技术要求非常的严格，因为输电塔的设计是运输电系统的一个重要组成部分，俗话说牵一发而动全身，输电塔的作用就是运输电系统中的纽带环节，它的破坏就会导致整个系统的瘫痪而无法运行，所以输电塔的建设必须以安全合理坚固为第一目标。

输电塔的特点就是对风的敏感性特别的强，所以本文就主要介绍了输电塔的抗风稳定性分析。

【关键词】输电塔体系；风载荷；动力性分析；失效形式；抗风稳定性输电塔是电力运输中的一个重要部分，占有极其重要的作用，其安全性也理所当然的受到了很大的重视。

所以输电塔的设计需要很严格的技术要求，其中抗风稳定性是一个非常重要的方面，因为输电塔经常受到风的影响，有时候会发生动态侧倾失稳破坏，所以输电塔的抗风稳定性分析就变的非常的重要。

1 风的影响我国建筑的结构载荷规范中对于地面的粗糙系数进行了比较严格的规定，分为了A、B、C、D四类，比较平坦的地区是A类例如海面还有沙漠，丘陵、乡村等为B类，在拥有很多建筑物的城市为C类，建筑非常密集而且有大量高层建筑的为D类。

地面上对于空气的运动阻力，使风速减慢，但是这种作用会受到高度的影响，随着高度的上升，阻力作用会越来越小，直至可以忽略，这个高度称为大气边界层高度。

在此高度内的平均风速受高度影响变化为v（z）=v（10）[z/10]式中的v（z）为z高度的平均风速，v（10）为10米处的风速x为地面粗糙系数。

脉动风速是具有零均值的随机变量，用湍流强度、脉动风功率谱等进行描述。

1）对建筑物起作用的风，一般有顺风向的风力作用，这一般是在建筑方面需要考虑的最主要的一种，有结构背后的横风向振动，一般在比较高的建筑是不可忽视的，还有其他建筑尾流引起的振动，负气阻尼引起的失稳振动。

这些对于建筑物的影响一般为，强风会对建筑的部分强度不够的材料造成破坏，还可能会对建筑物造成一些比较大的影响，有的还会对对一些结构造成疲劳破坏，使其强度受到影响。

147中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2019.12 （上）沿海地区的台风灾害始终考验着电网的坚强程度，现有输电线路设计虽然满足国家规程规范，但实际防风能力却一直没有论证过，能抵御多强的台风一直没有明确，本文建立一套科学的评价体系，并进行分析研究。

1 现有标准抗风能力评价1.1 台风等级与线路设计基本风速关系根据气象学对台风风速的定义，阵风一般是指数秒内的瞬时风速，台风等级与10min 平均风速值的换算关系与离岸距离、离地高度、风速大小、空气密度、地形地貌、地面粗糙度等因素相关，其取值在1.09～1.16范围内，台风等级与10min 平均风速值、3s 阵风风速值的关系如表1所示。

注：1.2min 平均风速值与10min 平均风速值的转换比为1.12；3s 阵风风速值与10min 平均风速值的转换沿海地区电力线路防风能力评价体系研究陈奕达，王海生（海南电网规划设计研究中心，海南 海口 570203）摘要：电网设施在台风侵袭下会出现故障损失，尤其是架空输电线路杆塔倾倒等严重故障，抢修恢复周期长，导致电网无法短期内迅速恢复可靠供电，进而影响救灾抢险及灾后生产、生活秩序恢复等工作的开展。

本研究对于现行设计标准防风能力进行研究，分析台风等级与设计基本风速之间的关系，计算线路最大耐受风力水平，建立防风能力评价模型，并对可靠度进行评价。

该项目成果可进一步指导现有线路防风加固规模和新建线路设计基本风速选择。

关键词：防风能力；设计基本风速；可靠度中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1671-0711（2019）12（上）-0147-02比为1.4；风速值均为离地10m 高。

1.2 《110～750kV 架空输电线路设计规范》（GB 50545-2010）规范防风能力评价。

（1）该规范500kV 送电线路的设计风速重现期调整为50年，110～330kV 送电线路的重现期调整为30年。

探究特高压输电塔线体系的抗风可靠度作者：***来源：《今日自动化》2020年第12期[摘要]在我國电力系统当中特高压输电塔是非常重要的组成部分，其结构属于风敏感结构性质，受到不同等级的风力影响下，特高压输电塔线可能会受到各种形式的损伤，严重的情况下还会发生倒塌事故。

因此，相关单位应该提高对特高压输电塔线体系的关注，并对其抗风可靠度进行调查和分析，从而提升抗风可靠度。

文章以探究特高压输电塔线体系抗风可靠度作为主要内容，目的是为相关行业的发展提供可行性建议。

[关键词]特高压输电塔线;抗风;可靠度;研究[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）12–00–03[Abstract]UHV transmission tower is a very important part of my country's power system. Its structure is wind-sensitive. Under the influence of different levels of wind， UHV transmission tower lines may suffer various forms of damage， serious Collapse accidents will also occur under the circumstances. Therefore， relevant units should pay more attention to the UHV transmission tower and line system， and investigate and analyze its wind resistance reliability to improve the wind resistance reliability. The main content of this article is to explore the wind resistance reliability of UHV transmission towers and lines， with the purpose of providing feasible suggestions for the development of related industries.[Keywords]UHV transmission tower line; wind resistance; reliability; research1 特高压输电塔线体系的介绍与特征1.1 关于特高压输电塔线体系特高压输电塔线体系同普通架空输电线路有较大差别，不仅塔体的高度更高，而且大多数都以大跨度为主，所以这一体系自身也存在较为突出的特点。

海上建筑物抗风稳定性分析及模拟研究引言海上建筑物包括海洋平台、油田采油平台、风力发电机组以及各种船只等，这些建筑物要经受海洋环境中的强风、大浪、海浪等自然因素的考验，所以其风力稳定性问题应受到重视。

本文将从风力稳定性分析及模拟研究两个方面，探讨海上建筑物的抗风稳定性分析。

一、风力稳定性分析1.1 预备知识稳定性是物体在受到外力作用下，当物体被偏离平衡点一定距离后，由于外力的作用或者一些天然因素，物体会不断发生大量位移，直至与其他物体发生接触，从而失去平衡的过程。

主要影响建筑物稳定性的因素是风向、风速、地形和建筑外形等。

1.2 作用力矩理论建筑物抗风性能主要通过作用力矩的大小来体现，力矩的大小取决于建筑物的形状特征、支撑结构以及风力特性等。

建筑物在抗风时，作用的外力是来自于风产生的阻力及风顶部的附近气压平衡强度的重力合力。

1.3 海上建筑物抗风设计标准关于海上建筑物抗风设计标准，国内外已有几十年的研究成果和实践应用。

国内标准《海洋工程结构设计规范》GB 50009-2012、日本标准JIS B 9931-1994、美国标准API RP 2A WSD和ISO等标准都对海上建筑物的抗风设计进行了规定。

这些标准要求风验算的主要参数是高温度、风速和风向。

在风速的测量中，较为常用的方法是使用天气雷达、流场仿真方法来进行。

二、模拟研究2.1 建筑物CFD数值计算模拟研究现代计算流体力学(CFD)是模拟海上建筑物稳定性的先进方法之一，其将建筑物置于流场环境中进行数值计算模拟研究，不仅可模拟建筑物内部不同风速区域的风场流动，还能够分析不同方向、不同风速下建筑物的气动荷载情况。

2.2 模型试验模型试验方法是以实验方法为依据，按比例制造相应的海上建筑物模型，通过对这些模型进行物理试验研究，来探讨其抗风性能的问题。

此方法现在已成为许多研究结构力学、气动力学等方面的科研机构所参照的基本方法之一。

2.3 直接测定法据直接测定法，该方法通过采用落地式挂力仪、风洞试验、整机试验等手段，直接测定海上建筑物在不同风速、风向的情况下，支撑结构和管道等的变形情况及风力反作用力的大小。

台风作用下输电塔线体系动力响应分析安利强;张志强;黄仁谋;张荣伦;庞松岭;梁成;杨文刚【摘要】台风作用下输电线路倒塔事故时有发生.通过YanMeng台风风场和Monte Carlo法模拟得出了海口市的极值风速和风剖面指数,并采用石沅台风风谱进行了台风脉动风的数值模拟,在ANSYS中建立一塔两线模型,计算了模型在台风风载荷作用下的风载荷效应.分析表明:导、地线线条风载荷对主材轴力的贡献率很大,极值状态时达到了58.9％,通过在台风区适当减小档距或者采用落线护塔的方式可以减小台风带来的损害;台风的高强度和高湍流特性,导致在极值状态下的响应远大于静风等效作用下的响应,规范中所取的风载荷调整系数偏小,对于台风工况,应充分考虑其动力放大作用.%Collapse accidents of transmission tower-line systems under typhoon occur frequently.Here,the extreme wind speed and wind profile index were simulated using Monte-Carlo method and YanMeng typhoon field,the fluctuating wind of typhoon was calculated using Shiyuan typhoon spectrum.A model consisting of one tower and two-span conductors was established with the FE software ANSYS,and the wind load effect of the model was calculated under typhoon wind load.The analysis indicated that the wind load of conductors and ground wires make a significant contribution to the axial force of principal members,the contribution rate reaches 58.9％ during extreme value status of typhoon;the damage due to typhoon can be reduced through appropriately decreasing span distance or dropping lines to protect towers in typhoon region;the dynamic responses of the model during extreme value status of typhoon are much larger than those of the model duringthe equivalent static wind status due to high strength and high turbulence's characteristics of typhoon;the adjustment coefficient of wind load in the existing design code seems to be smaller,its dynamic amplification effect must be fully considered under typhoon condition.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)023【总页数】8页(P255-262)【关键词】极值风速;台风;塔线体系;动态响应【作者】安利强;张志强;黄仁谋;张荣伦;庞松岭;梁成;杨文刚【作者单位】华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;海南电力技术研究院,海南海口570125;海南电力技术研究院,海南海口570125;海南电力技术研究院,海南海口570125;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003;华北电力大学能源动力与机械工程学院,河北保定071003【正文语种】中文高压架空输电线路是由地基、铁塔、绝缘子串、导地线等组成的力学体系，一条输电线路分为多个耐张段，一个耐张段两端为耐张塔，中间为直线塔，输电线路对风具有很高的敏感性[1]，尤其是台风这种高湍流、高强度、高变异的复杂风场。

海岛环境下大跨越输电塔风荷载关键参数特性研究施力;潘峰;聂建波;陈成;郑剑伟【摘要】大跨越输电塔是集高耸结构和空间杆系结构2种特征于一体的风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载是主要的设计荷载之一.以某一海岛环境大跨越输电塔为研究对象,研究了适用于工程的风速过渡区、风压高度变化系数;结合以往工程经验,提出体型系数的推荐取值;同时,参考国内外规范(IEC60826、BS50341),并通过CFD模拟,得出了塔身与横担角度风荷载的分配系数推荐值;通过研究,揭示了海岛环境下大跨越塔的风荷载关键参数的特性,结果可作为大跨越铁塔结构抗风设计的参考.【期刊名称】《电网与清洁能源》【年(卷),期】2015(031)004【总页数】7页(P25-31)【关键词】大跨越输电塔;风压调整系数;风速过渡区;体形系数;角度风荷载;分配系数【作者】施力;潘峰;聂建波;陈成;郑剑伟【作者单位】中国水利水电第四工程局有限公司国际公司,北京100070;中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司,浙江杭州310012;国网浙江省电力公司物资分公司,浙江杭州 310003;中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司,浙江杭州310012;中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司,浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】TU311220 kV舟山本岛—岱山双回输电线路改造工程主要包括灌门大跨越、龟山大跨越和高亭大跨越三个大跨越，其中龟山大跨越处于线路的中间位置，连接秀山岛和官山岛，中间跨越龟山水道，大跨越耐张段长度3 714 m，最大跨越档距2 349 m，最大设计风速44 m/s。

大跨越输电塔是集高耸结构和空间杆系结构2种特征于一体的风敏感结构。

风荷载是主要的设计荷载之一；与常规塔相比，大跨越的档距、导地线荷载、铁塔高度等都有大幅度提高，有着特殊的风荷载特性和规律。

国内规范对于输电塔动力特性的处理主要是引入了风振系数的概念来调整基本风压，从而将脉动风转换为等效静风荷载进行计算。

沿海强台风地区输电塔线体系抗风性能评估研究
近年来，沿海地区频繁受到强台风的袭击，台风带来的强风和风暴潮往往对输电塔线体系造成严重影响，导致供电中断和电力设备损坏。

因此，评估输电塔线体系的抗风性能对于确保电力供应的可靠性和稳定性具有重要意义。

本研究旨在通过对沿海强台风地区的输电塔线体系进行抗风性能评估，为电力系统的规划和设计提供参考依据。

研究采用实地调查和数值模拟相结合的方法，对不同类型的输电塔线体系在强台风条件下的抗风性能进行了综合评估。

首先，研究团队对沿海地区的输电塔线体系进行了详细的实地调查。

调查内容包括输电塔的材料、结构形式、基础设计等方面的信息收集，以及环境条件、地质特征等因素的考察。

通过实地调查，研究团队获取了大量的实测数据，为后续的数值模拟提供了基础。

接着，研究团队采用数值模拟的方法，对不同类型的输电塔线体系在强台风条件下的抗风性能进行了模拟分析。

在数值模拟中，考虑了强台风的风速、风向、风荷载等因素，并结合实测数据对模型进行了验证。

通过模拟分析，研究团队评估了不同类型输电塔线体系在强台风条件下的破坏机理、破坏形态以及破坏临界条件等指标。

最后，研究团队根据实地调查和数值模拟的结果，对输电塔线体系的抗风性能进行了综合评估。

评估指标包括抗风能力、稳定性、可靠性等方面的指标，以及对不同类型输电塔线体系的优化建议。

综上所述，本研究通过实地调查和数值模拟相结合的方法，对沿海强台风地区的输电塔线体系进行了抗风性能评估。

研究结果可为电力系统的规划和设计提供科学依据，提高输电塔线体系的抗风能力，确保电力供应的可靠性和稳定性。

282㊀∕2023.06大风地区输电线路铁塔受力及模态分析研究罗㊀钰(中国能源建设集团湖南科鑫电力设计有限公司)摘㊀要:为研究大风地区输电铁塔的受力性能,完善铁塔的相关设计,研究以某风电220kV 送出工程的输电线路铁塔为研究对象,分别建立直线塔和耐张塔的模型后,通过模态分析得到前三阶的共振频率和阵型,进行力学分析得到应力分布结果及控制工况,为大风地区铁塔的设计提供依据㊂关键词:大风地区;铁塔;模态分析;控制工况0㊀引言近年来,随着各地电网的快速发展,因自然灾害导致的安全事件频发,其中大风原因和覆冰(凇)原因导致的故障占据较大比例㊂为全面提升电网本质安全水平,进一步增强架空输电线路预防和抵御大风㊁覆冰(凇)能力,开展了差异化设计研究,通过总结电网的设计㊁建设和运行经验,对杆塔防风害㊁防冰害进行研究具有重要意义[1]㊂研究以某220kV 送出工程铁塔为研究对象,通过Smart Tower 铁塔分析计算软件建立铁塔模型,进行受力分析㊁模态分析,为大风地区输电线路铁塔研究提供依据㊂1㊀工程概况某220kV 风电送出工程,采用单回路架设㊂导线采用2ˑJL3/G1A-630/45高导电率钢芯铝绞线,两根地线均选用OPGW 光缆㊂设计最高气温为40ħ,最低气温为-40ħ,平均气温为5ħ,基本风速为32m/s,覆冰厚度为10mm,沿线海拔高度在0~1000m,全线均采用自立式角钢塔设计㊂2㊀杆塔规划设计根据工程的导线㊁地线型号及气象条件,针对新建铁塔开展研究㊂悬垂直线塔的规划与选型首先要满足电气的间隙和塔头布置的要求㊂从结构造型和受力来讲,对称布置是最佳的结构型式,结构简单㊁造型匀称㊁加工安装亦较方便,这在许多线路工程中得到了很好的验证㊂由于该线路位于大风区内,按照差异化设计要求,中相悬垂串采用V 串,故单回路直线塔采用酒杯型塔头布置㊂耐张塔选型相对简单,鉴于干字耐张塔有良好的设计㊁施工和运行经验,其外形也与直线塔协调,故单回路耐张塔采用干字型塔头布置㊂按照工程实际情况,杆塔使用中应适当控制档距和耐张段长度,降低杆塔高度㊂该工程选线排塔后,选用水平档距450m㊁垂直档距550m 的铁塔最多㊂研究选取一种直线塔(ZB2)和一种耐张塔(J3)进行详细研究对比㊂两种铁塔规划使用条件分别见表1和表2㊂表1㊀直线塔规划使用条件塔型标准呼称高(m)水平档距(m)垂直档距(m)代表档距(m)摇摆角系数Kv 计算呼高ZB221~454505504000.7539表2㊀耐张塔规划使用条件塔型标准呼称高(m)水平档距(m)垂直档距(m)代表档距(m)转角度数(ʎ)计算呼高J318~30450550200/45040~60ʎ303㊀直线铁塔受力分析选取直线塔呼高为45m,全高为48.9m,塔头为酒杯型布置㊂采用目前电力行业广泛使用的Smart Tower 铁塔设计软件建立铁塔模型时,默认采用的三维直角坐标系中,X㊁Y 轴与铁塔所处的地面平行,Z 轴与地面垂直㊂把外部荷载加载于三个导线挂点及两个地线支架挂点处,荷载加载完成后,直线塔受力示意见图1㊂图1㊀直线塔所受荷载示意图2023.06∕283㊀根据‘架空输电线路荷载规范“(DLT5551 2018)要求,杆塔应计算最不利风向作用,悬垂型杆塔应计算与线路方向成0ʎ㊁45ʎ(或60ʎ)及90ʎ的三种基本风速的风向[2]㊂该送出工程基本风速较大,考虑大风工况对直线杆塔的受力影响较大,在风压段的风振系数设置时,需采用模态分析进行计算㊂在模态分析中,通过读取各阶频率对应的振型,剖析杆塔的振型规律[3]㊂根据模态分析结果计算杆塔的风振系数㊂研究对直线塔进行模态分析时,选择提取的模态阶数为3阶,质量增大系数为风压段质增㊂对输入的模型及以上参数要求条件下进行模态分析,得到直线塔的3阶固有频率计算结果如表3㊂表3㊀直线塔的3阶固有频率计算结果阶数频率(Hz)1 1.84972 1.855233.4175模态分析是研究输电线路铁塔动力特性的重要方法,也是解决复杂结构振动问题的主要工具㊂在进行风振系数βZ 计算分析时,选择左右振动作为βZ 分析的阵型依据㊂求解出βZ 后,在风压计算中将其考虑进去,再进行铁塔整体受力分析[4]㊂以选取的直线铁塔模型为研究对象,对其进行模态分析,前三阶振型如图2所示㊂图2㊀直线塔3阶模态分析图㊀㊀从图2可以看出,直线铁塔的前3阶振型分别为X 方向弯曲(图2(a))㊁Z 方向弯曲(图2(b))和铁塔内部扭曲(图2(c))㊂直线塔第三阶振型的变形主要发生在塔身第一横隔面以上部分,说明这部分结构相对薄弱㊂铁塔整体结构的应力云图如图3所示,通过软件计算结果,可知直线铁塔主材控制工况为大风,应力强度有较大的盈余量㊂4㊀耐张铁塔受力分析选取耐张塔呼高为30m,全高为40m,塔头为干字型布置㊂根据‘架空输电线路荷载规范“(DL /T5551 2018)要求,杆塔应计算最不利风向作用,一般耐张型杆塔可只计算90ʎ一种基本风速的风向;终端杆塔除计算90ʎ基本风速的风向外,还应计算0ʎ基本风速的风向;悬垂转角杆塔和小角度耐张转角杆塔还应计算与导线㊁地线张力的横向分力相反的风向[2]㊂把外部荷载加载于两侧导线横担端部的导线挂点㊁塔身中相的导线挂点㊁以及塔头地线横担端部的两个地线挂点处,相关荷载加载完成后,耐张铁塔受力示意见图4㊂图3㊀直线塔应力云图㊀图4㊀耐张塔所受荷载示意图采取和直线塔同样的分析方法,对耐张塔进行模态分析时,选择提取的模态阶数为3阶,质量增大系数为风压段质增㊂对输入的模型及以上参数要求条件下进行模态分析,得到频率计算结果如表4㊂284㊀∕2023.06表4㊀耐张塔的3阶固有频率计算结果阶数频率(Hz)1 3.82392 3.850538.5282在进行BetaZ 计算分析时,同样选择左右振动作为BetaZ 分析的阵型作为依据㊂求解出BetaZ 后,在风压计算中考虑进去,再进行铁塔整体受力分析[5]㊂以选取的耐张铁塔模型为研究对象,对其进行模态分析,前三阶振型如图5所示㊂图5㊀耐张塔3阶模态分析图㊀㊀根据受力分析,耐张铁塔整体结构的应力云图如图6所示㊂通过软件计算结果,可知铁塔主材控制工况为大风,应力强度有较大的盈余量㊂由于本工程覆冰厚度不大,而基本风速较大,故耐张塔控制工况为大风是合理的[6]㊂图6㊀耐张塔应力云图5㊀结束语研究以Smart Tower 铁塔分析计算软件为工具,对某风电220kV 送出工程所用铁塔进行研究,选取一种直线塔㊁一种耐张塔进行受力分析㊂由于本工程基本风速较大,软件计算结果显示主材控制工况均为大风工况㊂分析过程中采用了模态分析进行计算,通过读取各阶频率对应的振型,再根据模态分析结果计算杆塔的风振系数,对输电线路铁塔的动力特性进行了分析,为大风地区输电线路铁塔设计提供相关依据㊂参考文献[1]㊀刘晓亮.基于塔线体系的滑坡区输电铁塔风振响应分析[D ].宜昌:三峡大学,2022.[2]㊀电力规划设计总院.架空输电线路荷载规范:DL /T 5551-2018[S ].北京:中国计划出版社,2018.[3]㊀伍川,杨晓辉,赵鹏飞,等.基于塔线体系的风荷载作用下输电铁塔薄弱杆件分析[J ].中国工程机械学报,2022,20(6):504-509.[4]㊀孙成,张大长.新疆东部地区750kV 输电塔疲劳寿命分析[J ].土木工程与管理学报,2019,36(1):150-155.[5]㊀赵楚,廖伟中,叶凡.基于ANSYS 的110kV 输电铁塔有限元分析[J ].电工技术,2022(24):92-94,98.[6]㊀赵云龙,翁兰溪,黄文超,等.基于山脊地形台风风场的铁塔风振系数研究[J ].电气技术,2021,22(3):38-43.(收稿日期:2023-04-18)。

瓯江大跨越输电塔的抗风研究摘要：大跨越输电塔是一种柔性结构，风荷载是其设计的主要控制荷载，超高输电铁塔的风效应十分复杂,目前对于此类结构往往通过气弹模型风洞实验来完成。

500kV乐清－温东输电线路瓯江大跨越高塔处于强台风经常袭击的温州瓯江边，为了确定跨越塔的设计风荷载和风振特性，保证其的安全、可靠和经济性，对该跨越高塔结构进行气弹模型的风洞试验是很有必要的。

本文从项目需求背景、设计原则与思路、技术要点和应用效果等几个方面，来验证研究瓯江大跨越输电塔的安全性和科学性。

关键词：瓯江大跨越输电塔风洞抗风1 引言随着我国经济持续、高速的发展，电力能源供求矛盾将日趋尖锐。

因此，建设坚强可靠的电网将成为我国经济高速发展的重要保证。

在电力输电线路工程中，跨越江河、山谷等自然屏障的线路，往往要采用高耸跨越钢管塔来实现，所以大跨越输电钢管塔往往处于极其重要的地位。

大跨越输电钢管塔往往具有高度大、荷载重、自振频率低等特点，是一种风敏感的柔性结构，风荷载是铁塔设计的主要控制荷载，特别是在强台风地区，大风暴对结构的不利影响以及由于风速脉动而产生的风振效应显得尤为突出。

输电钢管塔风荷载的确定在设计上体现为风振系数的确定，因此风振系数是一个关键的数据。

而对于大跨越钢管塔的风振响应问题，目前还没有一套成熟通用的理论，体现在工程设计中便是缺乏在理论上相对准确、在使用上较为简便的规范来指导实际的设计工作，我国规范只给出高层和高耸结构相应的风振系数计算公式，这就使得设计人员在输电高塔风振系数的取值上往往存在相当大的经验性和盲目性。

为了保证结构的安全，设计时往往考虑了较多的人为的增大因素，致使风振系数的取值数值较大，但缺乏科学依据。

因此有必要通过风洞试验来确定大跨越高塔的风荷载特性。

2塔线体系模型设计本文大跨越输电塔线体系风洞试验模型为气动弹性模型，主要研究结构体系的动力特性和风振响应%大跨越输电塔线体系在脉动风荷载作用下振动方程可一般性地表述［M］｛X｝+［C］｛X｝+［K］｛X｝=｛F（(t,x,x，x）｝（1）式中：［M］，［C］，［K］分别为体系的质量、阻尼、刚度矩阵；｛x｝，｛x｝，｛x｝分别为体系加速度、速度、位移响应向量；［M］｛X｝，［C］｛X｝和［K］｛X｝分别对应于体系惯性力、阻尼力以及弹性力；｛F（(t,x,x，x）｝为作用在体系上的水平荷载，包括气动力及由于结构运动而产生的自激力%对于实际结构体系，作用于其上的气动力与当地气候条件、地形地貌及其体型等因素有关，自激力则与结构体系在风作用下的运动有关。

沿海输电线路防风加固措施探讨及应用摘要：对于之前的2008年和2009年两年之间经历了两次台风“黑格比”和“巨爵”之后，在江门地区沿海的四回220kV架空输电线路受到袭击后的故障原因笔者进行了分析，对此进行了研究分析和计算，建立计算模型，实施防风加固措施，因此较为成功地抵御了2010年和2011年之间的几场大台风“康森”、“灿都”、“纳沙”等，证明沿海架空输电线的防风加固措施变得更加的有效，对于沿海地区比如湛江的线路防风加固工作提供了宝贵经验。

对于架空线路的风灾事故原因进行研究是很必要的，其中有断杆断线等事故，在这基础上开始针对架空线路的加固和强化其运行管理，这样可以更好地保证经济发展和人民的生活质量。

关键词：架空输电线路的维护；防风加固；沿海地区我们国家的江门市因为临近南海海岸，海岸线总长度680千米，在江门到珠三角最为重要的电源线路是在沿海的220千伏的包括铜唐甲乙线、铜水线、铜能线等的四回线路，它们的供电负荷极高，最高可达1150MW，但是如果出现了故障，那么对于事故产生的限电影响的范围会变得特别的大。

这样的线路杆塔大都在沿海的丘陵地带和地形较为复杂的微气象地区，所以就很容易受到台风的正面袭击，而且重合率很低，对于发生故障的位置很难进行排查，找出故障点就变得特别困难。

经过可信调查，这几年最大的一次台风登录的最高时速甚至达到了50米/秒，这对于江门来说是一个很大的问题，并且电网安全问题能否稳定运行成了一个极大地威胁。

所以提高电网安全性、研究沿海线路加固问题对于电网抵御自然灾害都是很有意义的。

1线路的故障点和铁塔风偏计算1.1线路跳闸及故障点将220千伏的四回线路的铜唐甲乙线、铜水线、铜能线都按照单合回路进行设计，把这四条线路进行架设，最大风速设为35米每秒，平行架设，导线用双分裂垂直排列的方式。

台风“黑格比”在2008年的9月24日登陆，受其影响导致江门220千伏的电网的铜唐甲线1次保护动作跳闸，铜唐乙线前前后后4次保护动作跳闸，铜水线前前后后3次跳闸、铜能线甚至前后跳闸18次，在2009年的9月15日，台风巨爵登陆了，在他的影响下220千伏的铜唐乙线前前后后保护动作跳闸4次，铜水线先后2次跳闸，铜能线先后3次跳闸。

沿海220kV架空输电线路耐张塔风偏故障分析和防风措施探讨【摘要】为了进一步提高输电线路供电可靠性，减少架空线路受强风影响造成的线路跳闸现象。

本文结合江门地区输电线路运行实际情况，计算分析了沿海地区220kV架空输电线路耐张塔风偏故障原因，通过实例介绍了沿海线路耐张铁塔防风改造的方法、措施和应用情况。

【关键词】架空线;风偏;故障分析;措施1.线路因风偏故障跳闸情况江门市地处南部沿海，台风多。

输电线路风偏跳闸是近年来江门电网故障中较为突出的一类。

运行数据表明，2008年度江门电网受台风影响引起的线路跳闸约占跳闸总数的41%。

而风偏故障因其故障后不易重合成功，但台风出现的季节往往正值迎峰度夏期间，线路大负荷运行，这不仅影响区域供电，而且容易引起电网振荡甚至解列，给电网的安全运行带来较大危害。

如：2008年9月，受第14号台风“黑格比”（最大阵风：50m/s）影响，位于沿海的220kV铜能、铜水线等四回线路相继故障跳闸，两回线路均重合不成功，而220kV铜能线N14、N16、铜水线N18、N19故障点跳线、横担均有放电灼伤痕迹.采用的杆塔型号为GJ型耐张塔，故障相别均为干字形铁塔的中相。

2.线路风偏故障分析2.1 导线舞动的分析图1 导线波形图导线振动波沿导线呈“驻波”分布，波形为正弦波（如图1所示）。

而导线舞动实际上是一种复杂的垂直、水平和扭转的三维运动，因此导线舞动的出现带有明显的随机性，既有在覆冰和覆雪的导线上发生的，也有大跨越线段上发生的，也可在一般的线档内发生。

导线舞动机理研究认为：当导线受到横向速度的风力作用时，导线将产生一个向上（下）加速度运动，即除了垂直运动外，还使导线受到一个空气动力力矩的作用而产生扭转和摆动，当扭转运动的频率与其垂直运动的频率同步时，就会产生导线舞动和摆动。

一般振幅加大0.3～3米，最大者超过10米，表现在杆塔固定点上就会是：顺线路方向的舞动和垂直线路的扭转摆动，这是极易引起线路风偏的一个重要原因。

２０１８年第０６期总第２４０期福㊀㊀建㊀㊀建㊀㊀筑ＦｕｊｉａｎＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＮｏ０６ ２０１８Ｖｏｌ ２４０福建沿海输电杆塔台风作用分析研究池金明(中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司㊀福建福州㊀３５０００３)摘㊀要:福建省台风登陆频繁ꎬ输电线路杆塔屈曲倒塔现象相继发生ꎬ对福建电网带来严重损害ꎮ文章结合２２０ｋＶ李西线 莫兰蒂 台风事故杆塔ꎬ对２２０ｋＶ直线塔在杆塔振型㊁台风应力效应方面进行有限元分析ꎬ并总结了杆塔台风受力特点ꎬ提出杆塔台风作用简化计算方法以及防风改造方案ꎮ为进一步完善沿海输电线路工程防台风设计ꎮ关键词:２２０ｋＶ直线塔ꎻ屈曲倒塔ꎻ有限元分析ꎻ台风应力效应中图分类号:ＴＵ２７９.７＋４４㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:１００４－６１３５(２０１８)０６－０１２３－０４ＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＡｎｔｉ－ｔｙｐｈｏｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｅｅｌｌａｔｔｉｃｅｄｓｔｅｅｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｗｅｒｉｎＦｕｊｉａｎｃｏａｓｔｌａｎｄＣＨＩＪｉｎｍｉｎｇ(Ｐｏｗｅｒｃｈｉｎａｆｕｊｉａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｐｏｗｅｒｓｕｒｖｅｙ＆ｄｅｓｉｇｎｉｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＦｕｚｈｏｕ３５０００３)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＱｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｗｅｒｓａｃｃｉｄｅｎｔｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｙｐｈｏｏｎｓｂｒｉｎｇｇｒｅａｔｅｒｌｏｓｓｔｏＦｕｊｉａｎｐｏｗｅｒｇｒｉｄ Ｔｈｅｐａｐｅｒｃｏｍｂｉｎｅｓａｌａｔ￣ｔｉｃｅｄｓｔｅｅｌｔｏｗｅｒｃｏｌｌａｐｓｅｄｂｙＳｕｐｅｒＴｙｐｈｏｏｎＭｅｒａｎｔｉꎬｗｈｉｃｈｗｅｒｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｔｈｅ２２０ｋＶｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｆｒｏｍＬｉｌｉｎ２２０ｋＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｔｏＸｉａｍｅｎＷｅｓｔ２２０ｋＶｓｕｂｓｔａｔｉｏｎꎬｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｙｐｈｏｏｎｓｔｒｅｓｓｅｆｆｅｃｔｓｂｙｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＭＩ￣ＤＡＳ ＴｈｅａｎａｌｙｓｉｓｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｆｕｒｔｈｅｒｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｔｈｅＡｎｔｉ－ｔｙｐｈｏｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｓｔｅｅｌｌａｔｔｉｃｅｄｓｔｅｅｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｏｗｅｒｉｎＦｕｊｉａｎｃｏａｓｔｌａｎｄＫｅｙｗｏｒｄｓ:２２０ｋＶｔａｎｇｅｎｔｔｏｗｅｒꎻＢｕｃｋｌｉｎｇｃｏｌｌａｐｓｅꎻＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓꎻＴｙｐｈｏｏｎｓｔｒｅｓｓ作者简介:池金明(１９８７.９－㊀)ꎬ工程师ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｃｈｉｊｉｎｍｉｎｇ＠ｆｏｘｍａｉｌ.ｃｏｍ收稿日期:２０１８－０４－０８０㊀引言由于台风瞬时性与多变性ꎬ其受力性能与设计方法也必然不同于普通常规大风工况ꎬ输电杆塔抗台风ꎬ其受力性能与设计理论方面的研究非常有限ꎬ国内架空线路杆塔结构设计大都集中于常规风载作用方面ꎬ对台风受力研究则相对较少ꎮ为进一步完善沿海输电线路工程防台风设计ꎬ本文拟以厦门 莫兰蒂 台风期间倒塔严重的２２０ｋＶ线工程(起自李林２２０ｋＶ变电站ꎬ止于厦门西２２０ｋＶ变电站)中一种典型２２０ｋＶ单回路直线塔ＺＭ２为研究对象ꎬ建立有限元计算模型ꎬ研究结构的振型特征ꎬ分析不同时距台风工况对杆塔结构的影响ꎮ１㊀研究对象概况２０１６年９月１５日凌晨２点左右ꎬ１６１４号台风莫兰蒂 正式登陆厦门ꎬ资料显示该台风为建国以来登陆闽南的最强台风ꎬ中心附近最大风力１７级ꎮ五缘湾大桥实测阵风达６４ ２ｍ/ｓꎬ平均风４９ ６ｍ/ｓꎬ远远超出厦门气象站历年最大风速系列所计算出的１００年一遇风速值ꎬ也超出«建筑荷载规范»[１]中风压换算得到的１００年一遇风速值ꎮ莫兰蒂 台风重创厦门电网ꎬ厦门地区５００ｋＶ及２２０ｋＶ架空输电线路杆塔倒塔事故现场如图１所示ꎬ塔头或地线架破坏事故现场如图２所示ꎮ表１为厦门２２０ｋＶ李西线架空输电线路受损统计表ꎮ该ＺＭ２猫头塔朝垂直线路方向倒塔ꎬ塔腿以上第３个节间主材弯曲失稳ꎬ交叉斜材扭曲㊁辅助材脱落ꎬ该节间以上至瓶口位置塔身主材㊁斜材严重失稳㊁扭曲ꎬ李西线３基直线塔猫头曲臂位置主材失稳破坏ꎬ其余９基塔发生铁塔整体破坏ꎬ台风事故塔型均为扁型悬垂型杆塔ꎮ表１㊀厦门２２０ｋＶ架空输电线路受损统计表序号线路名称杆塔序号投运日期杆塔型号破坏形态１２３４５６７８９李西线３１９９６/１２ＺＭ１－３９直线塔塔头破坏５１９９６/１２ＺＭ２－２４直线塔倒塔６１９９６/１２ＺＭ１－２１直线塔倒塔７１９９６/１２ＺＭ２－３３直线塔倒塔８１９９６/１２ＺＭ２－３３直线塔倒塔９１９９６/１２ＺＭ２－３３直线塔倒塔２１１９９６/１２ＺＭ２－１８直线塔塔头破坏２２１９９６/１２ＺＭ２－１８直线塔倒塔２７１９９６/１２ＺＭ１－２１直线塔塔头破坏１２４㊀ 福㊀㊀建㊀㊀建㊀㊀筑２０１８年图１㊀ＺＭ２倒塔事故现场照片图图２㊀塔头破坏事故现场照片图２㊀振型分析采用Ｍｉｄａｓ结构分析软件对杆塔ＺＭ２(呼高３３ｍꎬ全高４０ｍꎬ塔腿主材规格Ｑ３４５Ｌ１２５ˑ１０)进行数值建模和动力特性分析ꎮ杆塔前六阶的自振周期如表２所示ꎮ有限元模型如图３所示ꎬ杆塔单线图如图４所示ꎬ各阶振型如图５所示ꎮ㊀一阶振型二阶振型三阶振型四阶振型五阶振型六阶振型图５㊀一~六阶阵型图表２㊀杆塔ＺＭ２自振周期及振型表模态阶数频率ｆ(Ｈｚ)周期Ｔ(ｓ)振型描述１１ ５８３９０ ６３１４Ｙ向一阶弯曲振动为主２２ １７３５０ ４６０１Ｘ向一阶弯曲振动为主３３ ７１９８０ ２６８８Ｚ轴一阶扭转振动为主４５ ４１２５０ １８４８Ｙ向二阶弯曲振动为主５６ １６２５０ １６２３局部振动为主６６ ２６３８０ １５９６局部振动为主图３㊀有限元模型图４㊀单线图２０１８年０６期总第２４０期池金明 福建沿海输电杆塔台风作用分析研究 １２５㊀㊀㊀通过图５一~六阶阵型可以看出:该工程ＺＭ２整体前三振型分别为Ｙ向的弯曲㊁Ｘ向的弯曲和绕Ｚ向的扭转ꎬ与多数输电铁塔的计算结果相类似ꎮ其中Ｙ向一阶与Ｘ向一阶的振型频率偏差较大ꎬ相差２７％ꎬ说明该杆塔结构的Ｙ向及Ｘ向刚度存在一定偏差ꎮ该工程ＺＭ２塔身采用扁塔设计ꎬ导致其顺线方向刚度小于垂直线路方向刚度ꎮ我国早期悬垂型杆塔身多数采用扁塔设计ꎬ该方案偏向理想化ꎬ认为杆塔最不利风向角为９０ʎꎬ而０ʎ和其他斜向风对杆塔影响相对较小ꎮ通常情况下ꎬ这种扁塔设计可满足工程安全可靠要求ꎬ然而在极端台风工况作用下ꎬ扁塔设计导致抗风能力偏弱ꎬ过载能力相对较低ꎮ３㊀杆塔应力分析该工程ＺＭ２猫头塔原设计基本风速为３３ｍ/ｓꎬ台风 莫兰蒂 登陆厦门时风力强度为１５级(５０ｍ/ｓ)ꎬ阵风最大达到１７级(７０ｍ/ｓ)ꎮ距２２０ｋＶ李西线倒塔最近杏林气象站测得极大风速(３ｓ平均风速最大值)为４６ ８ｍ/ｓ㊁１０ｍｉｎ平均风速２４ ３ｍ/ｓꎮ因此分别以１０ｍｉｎ平均风速㊁３ｓ平均风速最大值进行校验ꎮ(１)选取２４ ３ｍ/ｓ(离地１０ｍ高ꎬ１０ｍｉｎ平均风速)作为倒塔事故点平均风速ꎮ验算采用现行标准«架空输电线路杆塔结构设计技术规定»(ＤＬ/Ｔ５１５４－２０１２)[２]ꎮ图６－ａ为２４ ３ｍ/ｓ(１０ｍｉｎ平均风速)大风工况杆件应力分布情况ꎮ验算结果表明:在离地１０ｍ高ꎬ１０ｍｉｎ平均风速２４ ３ｍ/ｓ作用下ꎬＺＭ２猫头塔全塔构件应力均没有超限ꎬ且台风 莫兰蒂 １０ｍｉｎ平均风速小于本线路设计风速ꎬ故杆塔可安全运行ꎬ这与实际倒塔情况相违背ꎮ(２)选取４６ ８ｍ/ｓ(离地１０ｍ高ꎬ３ｓ时距风速)作为倒塔事故点平均风速ꎮ为了体现台风阵风的影响ꎬ此处计算采用美国规范«ＡＳＣＥ７４－２００９»[３]㊁«ＡＳＣＥ１０－９７»[４]进行计算分析ꎮ图６－ｂ为４６ ８ｍ/ｓ(３ｓ平均风速)大风工况杆件应力图ꎬ验算结果表明:在４６ ８ｍ/ｓ(３ｓ平均风速)作用下ꎬ应力超限构件主要分布在杆塔头部以及塔身变坡下段主材ꎮ应力图放映了在台风作用杆塔容易发生两种破坏形态:一是塔头局部破坏ꎻ二是身部多段应力超限导致整体屈曲倒塔ꎮ其中身部第④主材应力比达到１１４％ꎬ为杆塔最薄弱环节ꎬ在强台风作用下ꎬ最先发生屈服破坏ꎬ进而引发其他相连构件连续屈服ꎻ由于塔身第⑥段主材裕(ａ)１０ｍｉｎ平均风速(ｂ)３ｓ平均风速图６㊀不同时距台风工况杆件应力图度大ꎬ且其上端设有隔面ꎬ局部刚度较大ꎬ连续破坏止于第⑥段主材上端ꎮ该结论与实际倒塔情况一致ꎮ(３)台风在空间各点产生的风力强度㊁矢量方向不尽相同ꎬ具有显著的阵风效应ꎮ同时ꎬ杆塔使用条件及档内地形地貌也存在差异ꎮ我国目前的设计体系以１０ｍｉｎ平均风速为基本的输入参数ꎬ虽通过阵风系数修正ꎬ仍无法模拟台风的多变性㊁瞬时性ꎮ４㊀杆塔防风改造对于福建沿海已建输电线路ꎬ尤其是沿海至第一重山岭间不满足抗台风要求设计的直线杆塔ꎬ可通过加固角钢拼接在原主材角钢外侧形成十字形组合角钢构件ꎬ如图７所示ꎬ这种外拼接加固防风改造方法在不停电和无需卸负荷的前提下ꎬ增加铁塔强度ꎬ抗风改造方便㊁降低施工难度㊁减少投资㊁缩短工程建设周期ꎮ图７㊀输电线路外拼接角钢加固平面布置图根据主材段规格选定同规格外拼接角钢ꎮ所选定被加固主材的双肢新增螺栓开孔与所述外拼接角１２６㊀ 福㊀㊀建㊀㊀建㊀㊀筑２０１８年钢的双肢开孔尺寸及位置均相互对齐㊁新增螺栓开孔应和选定的主材段螺栓㊁横撑角钢连接接头相互错开ꎮ把所述外拼接角钢通过中间填板拼接在所选定的已建铁塔主材的两肢上ꎬ并利用紧固螺栓固定安装ꎬ形成双轴对称十字形截面组合构件形式ꎬ如图８所示ꎮ图８㊀输电线路铁塔外拼接角钢加固组装图ＺＭ２外拼接角钢加固后杆塔抗风能力计算分析ꎮ选取倒塔事故点平均风速４６ ８ｍ/ｓ(离地１０ｍ高ꎬ３ｓ时距风速)ꎮ图９为ＺＭ２外拼接角钢加固后应力图ꎬ图中全塔主材满应力均在７０％以下ꎬ部分塔身超限构件可直接通过更换补强使其满足抗风要求ꎮ图１０为李西线杆塔外拼接角钢加固改造现场照片ꎮ５㊀结论(１)扁塔ＸＹ向刚度分布不均ꎬ抗风能力偏弱ꎬ过载能力相对较低ꎬ容易发生屈曲破坏ꎬ沿海抗风设计不可采用扁塔形式ꎮ(２)我国设计体系以１０ｍｉｎ平均风速为基本的输入参数ꎬ不适用于杆塔防台风设计ꎮ(３)福建沿海杆塔抗台风能力校验推荐采用３ｓ瞬时风体系进行防风设计校验ꎮ(４)对于福建沿海已建输电线路ꎬ尤其是沿海至第一重山岭间不满足抗台风要求设计的直线杆塔ꎬ可通过加固角钢拼接在原主材角钢外侧形成十字形组图９㊀ＺＭ２外拼接角钢加固后应力图图１０㊀李西线杆塔外拼接角钢加固现场图合角钢构件ꎬ以提高铁塔抗风强度ꎮ㊀㊀参考文献[１]㊀ＧＢ５０００９－２０１２建筑结构荷载规范[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２０１２.[２]㊀ＤＬ/Ｔ５１５４－２０１２架空输电线路杆塔结构设计技术规定[Ｓ].北京:中国计划出版社ꎬ２０１２.[３]㊀ＡＳＣＥ７４－２００９ＧｕｉｄｅｌｉｎｅｓｆｏｒＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＬｏａｄｉｎｇ(ＴｈｉｒｄＥｄｉｔｉｏｎ)[Ｓ].２００９.[４]㊀ＡＳＣＥ１０－９７ＤｅｓｉｇｎｏｆＬａｔｔｉｃｅｄＳｔｅｅｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＳｔｒｕｃ￣ｔｕｒｅｓ[Ｓ].１９９７.。

输电线路杆塔结构的抗风研究与优化设计输电线路是将电能从发电厂或变电站输送到用电点的通道，而杆塔是输电线路的重要组成部分。

杆塔的结构对于输电线路的稳定运行具有关键作用，其中，抗风能力是杆塔结构设计的重要考虑因素之一。

本文将对输电线路杆塔结构的抗风研究与优化设计进行探讨。

一、背景介绍输电线路是能源供应的重要基础设施，为确保电能稳定传输，杆塔必须具备良好的抗风能力。

风是导致输电线路杆塔产生振动的主要原因之一，而杆塔振动会导致线路受力过大，进而影响输电线路的安全运行。

因此，研究杆塔的抗风性能，对于提高输电线路的可靠性和稳定性具有重要意义。

二、抗风研究1. 风荷载计算首先，抗风研究需要进行风荷载计算。

风荷载计算是确定杆塔所受风荷载大小的关键步骤。

计算过程中需要考虑风速、风向、垂直风速梯度等因素，并结合建筑物、地形等情况进行综合分析。

通过合理的风荷载计算，可以为杆塔结构设计提供准确的依据。

2. 抗风设计准则根据风荷载计算结果，制定相应的抗风设计准则是进行抗风研究的关键环节。

不同地区的风力条件不同，因此，针对不同地区开展抗风设计准则的制定是必要的。

这样可以使得杆塔结构在不同风力风荷载下都保持安全稳定。

3. 杆塔结构设计优化基于抗风设计准则，针对具体杆塔结构进行优化设计也是必不可少的步骤。

在设计过程中，需要考虑杆塔的几何形状、材料选择、节点连接等因素，以提高杆塔结构的抗风能力。

通过合理的优化设计，可以有效减小杆塔结构的振动幅值，提高其抗风稳定性。

三、优化设计实例以某输电线路的杆塔结构为例，进行优化设计的实例分析。

该输电线路所在地区风力较大，因此，杆塔结构的抗风能力是设计的重点。

在风荷载计算环节，采集该地区多年风力数据，并进行合理的统计分析。

依据计算结果，制定相应的抗风设计准则。

在杆塔结构的设计优化过程中，通过对比不同几何形状的杆塔结构，选择合适的形状以降低风荷载对杆塔的影响。

同时，优化节点连接方式，采用耐风性更好的连接方式来提高整体抗风能力。

沿海地区避雷塔静动特性与稳定性分析周吉;石端伟【摘要】Aiming at the tower-collapsing accidents caused by typhoon in coastal areas,the static and dy-namic characteristics and wind-resistant stability of a 42-meter-high lightning tower and 42-meter-high cable stayed lightning tower were analyzed by means of finite element method.Modal analysis was per-formed on the lightning tower and the wind loads of the tower were ing APDL programs, the wind loads were applied to all structure components;the calculation results show that the maximum stress of the cable stayed lightning tower decreases by 6 3 .1 % than the lightning tower and the strength of the structures can meet the requirements.AR model has been used to simulate fluctuating wind.The results of fluctuating wind response show that the maximum displacements of the improved structure are 3.9%~5.6% of the lightning tower,and adding wire ropes effectively reduce the amplitude of the vi-bration.Besides,using the nonlinear buckling analysismethod,buckling analysis is conducted and it show that the buckling critical wind speed of the lightning tower and the cable stayed lightning tower is 42.5 m/s and 76.25 m/s respectively.The former is 79.5% higher than the latter.The results indicate that the stability of cable stayed lightning tower can meet the requirements.%针对沿海地区受台风影响避雷塔发生倒覆的问题,利用有限元方法对某42 m避雷塔和42 m拉线避雷塔进行静动特性与稳定性分析.对避雷塔结构进行了模态分析,计算避雷塔受风载荷,通过风载荷AP-DL程序,对避雷塔所有构件施加风载荷,计算结果表明,拉线避雷塔结构的最大应力较避雷塔结构下降了63.1%,且满足强度要求.采用 AR模型模拟脉动风,脉动风响应计算结果显示,拉线避雷塔结构最大位移响应值为避雷塔结构的 3.9%~5.6%,增设钢丝绳可以有效减小避雷塔受脉动风振动的幅值.采用非线性屈曲方法对两种结构进行屈曲分析,结果显示拉线避雷塔和避雷塔结构的临界屈曲风速分别为 76.3 m/s, 42.5 m/s,前者较后者高 79.5%,满足抗风稳定性要求.【期刊名称】《中北大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(039)005【总页数】6页(P503-507,514)【关键词】避雷塔;强度;脉动风;稳定性;有限元【作者】周吉;石端伟【作者单位】武汉大学动力与机械学院,湖北武汉 430072;武汉大学动力与机械学院,湖北武汉 430072【正文语种】中文【中图分类】TH114沿海地区受台风影响，多个避雷塔发生倒覆，造成了严重的经济损失.塔架结构的破坏一般可以分为两种形式，第一种是强度破坏，第二种是结构失稳[1].在实际中很难对避雷塔结构进行真型实验，故而有限元分析是主要的研究手段.风致铁塔失效的研究主要是针对电力行业中的输电铁塔.文献[2]建立了一个330kV 输电塔架的桁梁混合有限元模型，分析了塔架结构在大风工况下的几何、材料双重非线性动态特性，得出其极限载荷.文献[3-5]采用有限元方法研究了输电铁塔在风雨载荷等工况下的静力和动力特性.文献[6]采用Budiansky-Roth准则和动态增量法结合位移相等准则对输电塔结构进行动力稳定性研究.文献[7]对铁塔进行屈曲分析，得到其失稳破坏形态，并对铁塔进行局部加固.文献[8-9]建立了在风作用下的输电线路塔的数值分析模型，分析结果讨论了模型的动态响应和典型失效形式；文献[10]对铁塔1/2缩小比例模型进行试验，结果表示局部屈曲是由于样本失衡的附加偏心力引起的；文献[11]研究了多山区风的特点和输电铁塔的风致振动.目前针对避雷塔结构的风致失效研究较少，其主体属于高耸桁架结构，同时，塔顶装有的等离子发生器结构会影响其静动特性与稳定性.避雷塔风致失效分析的研究关键在于建立合理的有限元模型、风荷载模型以及找寻合适的计算方法.本文以沿海多台风地区的某42 m避雷塔与42 m拉线避雷塔为例，建立脉动风荷载模型，并系统研究避雷塔与拉线避雷塔在16级风速风载下的静力特性、动态响应，考虑P-Δ效应分析其抗风稳定性，为避雷塔设计提供理论指导.1 避雷塔结构与有限元模型42 m避雷塔由主体桁架结构、顶部平台、人梯、护栏和顶部等离子发生器五部分组成.主体结构如图 1(a) 所示，塔身断面如图 1(b) 所示.其中，主体桁架结构全部由角钢组成，顶部平台(图1(b))、人梯、护栏由角钢、圆钢、槽钢及扁钢组成.塔各个钢结构之间的连接方式包括螺栓连接、焊接等.主体桁架结构、人梯、顶部平台和护栏材料为Q345.等离子发生器质量m=0.087 57 t，等离子发生器的等效迎风面积约为1.47 m2，质心高程43.194 m.将每段主材分为1号、2号、3号、4号如图 1(c).对于主体桁架结构、顶部平台、人梯和护栏采用BEAM189单元进行模拟.等离子发生器采用MASS21单元模拟，与主体桁架结构固接；桁架连接板和连接螺栓，简化为刚性连接.避雷塔结构材料弹性模量E=2.07×105 MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7.8×10-9 t/mm3.图 1 避雷塔结构(mm)Fig.1 Structure of lightning tower42 m拉线避雷塔结构在42 m避雷塔结构基础上设2×8根6×19+IWR-30钢丝绳(最小破断拉力503 kN，抗拉强度1 570 MPa)，拉线避雷塔结构如图 2 所示.对斜拉钢丝绳采用LINK180单元模拟.钢丝绳材料的弹性模量E=1.7×105MPa[12]，泊松比μ=0.3.图 2 拉线避雷塔结构图(mm)Fig.2 Structure of cable stayed lightning tower 2 静力分析2.1 静风载荷根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[13]，计算避雷塔受风载荷.风载荷标准值为wk=βzμsμzw0,(1)式中：βz为高度z处的风振系数；μs为风载荷体型系数；μz为风压高度变化系数； w0为基本风压，按照GB50009-2012《建筑结构荷载规范》[13]计算得避雷塔风压标准值与高度的关系式(表 1).编写APDL风载荷加载程序，对避雷塔所有构件施加风载荷.根据GJB 74A-1998《军用地面雷达通用规范》[14]，等离子发生器的风压高度变化系数μz=1.174；取风载荷体型系数μs=1.2.根据式(1)，计算得其风压标准值wk1=6.532 kN/m2，迎面风力9.619 kN.表 1 避雷塔塔身风载荷Tab.1 Wind load on lightning tower高度风载荷标准值wk1z≤5 mwk1=2.925+8.131×10-3z2-1.205×10-4z3+6.692×10-7z4z>5 mwk1=3.445z0.25+8.131×10-3z2-1.205×10-4z3+6.692×10-7z42.2 静力计算结果考虑塔身风载荷、塔身自重、等离子发生器所受风载荷、等离子发生器自重等载荷，约束避雷塔接地点(如图 1(a))的平动和转动.对16级(53.5 m/s)风载荷正向、对角线方向两种工况进行静力特性分析，结果表明：1) 避雷塔12～25 m高程(三～四段)内，主材应力呈现较大值.2) 正向风载荷时，第三段3号主材中部最大综合应力达到814.9 MPa对角线方向风载荷时，第三段4号主材最大综合应力达到795.6 MPa.避雷塔结构强度不能满足要求，这也是避雷塔发生倒覆事故的原因.3) 对角线方向风载荷时，迎风面两侧主材(1号主材和2号主材)应力整体呈现较小值.计算拉线避雷塔后结构静力特性时考虑塔身风载荷、塔身自重、等离子发生器所受风载荷、等离子发生器自重，约束钢丝绳接地点平动，对16级风载荷下正向、对角线方向两种工况进行静力特性分析，结果表明：1) 正向风载荷时，塔身最大综合应力为300.9 MPa，对角线方向风载荷时，塔身最大应力为284.9 MPa，最大应力位置均位于避雷塔第六层横材处.2) 与避雷塔结构相对比，拉线避雷塔结构最大应力下降了63.1%，低于材料屈服极限，且最大应力位置从主材转移到横材处.3 模态分析模态分析模型中考虑了人梯结构和等离子发生器的质量，但未考虑等离子发生器的结构.计算得避雷塔结构的前10阶固有频率(见表 2).表 2 避雷塔结构前10阶固有频率Tab.2 The first 10 natural frequencies of lightning tower阶数频率/Hz阶数频率/Hz11.751 064.599 122.001 174.643 634.229 284.996 744.377 195.184 454.517 5106.615 41阶振型表现为塔身整体x方向的弯曲振动； 2阶振型为塔身整体y方向的弯曲振动； 3～9阶振型均表现为人梯处的弯曲变形.前4阶振型见图 3.图 3 避雷塔结构前4阶振型图Fig.3 The first four modes of lightning tower 顶部平台、护栏和人梯是避雷塔结构的薄弱处，在实际运行中，应注意检修维护.4 脉动风响应4.1 脉动风载荷模拟按照Davenport脉动风模拟，其风速谱的功率谱密度函数为[15](2)式中：为10 m处平均风速； k为地面粗糙度系数，对A类地面取0.00129； x 为湍流积分尺度系数.n维时程脉动风速的互相换函数矩阵为对其进行Cholesky分解得[R]=[C][C]T.脉动风风速向量可表示为{v(t)}=C{u(t)},(3)式中： {u(t)}为互不相关的高斯随机过程.模拟42 m避雷塔所受时程风载荷时程风速如图 4 所示，脉动风速谱的功率谱目标谱与模拟谱对比如图 5 所示，模拟谱与目标谱吻合度较高.图的时程风速图Fig.4 Pulsating wind spectrum at m/s图的功率谱目标谱与模拟谱对比图Fig.5 Target and analog power spectrum at m/s4.2 脉动风响应计算模拟避雷塔和拉线避雷塔在脉动风载荷和自重共同作用下前10 s的响应，间隔时间为0.1 s.顶部等离子发生器节点为最大位移响应点，正向迎风时，位移响应如图 6 所示，X向位移(UX)响应最大值为1 393.3 mm，最大速度响应为76.8 m/s，最大加速度响应为7.5 m/s2.对角迎风时，位移响应如图 7 所示，X向位移(UX)响应最大值为985.1 mm，最大速度响应为54.3 m/s，最大加速度相应为5.3 m/s2； Y向位移(UY)响应最大值为736.3m m，最大速度响应为36.8 m/s，最大加速度响应为3.8 m/s2.图 6 避雷塔正向迎风时顶部等离子发生器节点位移响应Fig.6 Displacement response of plasma generator under forward wind load in lightning tower structure图 7 避雷塔对角迎风时顶部等离子发生器节点位移响应Fig.7 Displacement response of plasma generator under diagonal wind load in lightning tower structure拉线避雷塔结构的塔身主体最大位移出现在高30.525 m位置，正向迎风时，其位移响应如图 8 所示，X向位移(UX)响应最大值为54.6 mm，最大速度响应为0.5 m/s，最大加速度响应为9.6 m/s2.对角迎风时，位移响应如图 9 所示，X向位移(UX)响应最大值为41.6 mm，最大速度响应为0.4 m/s，最大加速度响应为7.3 m/s2； Y向位移(UY)响应最大值为40.9 mm，最大速度响应 0.5 m/s，最大加速度响应为8.0 m/s2.图 8 拉线避雷塔结构正向迎风时最大位移节点位移响应Fig.8 Displacement response of maximum displacement node under forward wind load in cable stayed lightning tower structure图 9 拉线避雷塔结构对角迎风时最大位移节点位移响应Fig.9 Displacement response of maximum displacement node under diagonal wind load incable stayed lightning tower structure拉线避雷塔结构最大位移响应值仅为避雷塔的3.9%～5.6%，拉线避雷塔结构有效减小了避雷塔受脉动风振动的幅值.5 抗风稳定性分析避雷塔结构屈曲分析中，考虑P-Δ效应，即几何非线性.采用基于弧长法的非线性屈曲分析方法对结构进行屈曲分析.载荷步设置为200，在0～100 m/s风速载荷范围内采用分步加载.计算避雷塔结构抗风稳定性结果：① 正向迎风时，临界屈曲载荷因子为0.581 34；② 对角线方向迎风时，临界屈曲载荷因子为0.586 96.将临界屈曲载荷因子换算为风速，得到拉线避雷塔结构在两种工况下的屈曲风速(见表 3)分别为76.3 m/s，76. 6m/s，表明其稳定性达到要求.计算拉线避雷塔结构抗风稳定性结果：① 正向迎风时，临界屈曲载荷因子为0.180 33；②对角线方向迎风时，临界屈曲载荷因子为0.186 89.将临界屈曲载荷因子换算为风速，得到拉线避雷塔结构在两种工况下的屈曲风速(见表 3)分别为42.5 m/s，43.2 m/s，表明其稳定性未达到16级要求.拉线避雷塔结构比避雷塔结构的屈曲风速高77.3%～79.5%.表 3 临界屈曲风速计算结果Tab.3 The calculation result of critical buckling wind speeds工况结构临界屈曲风速/(m·s-1)正向迎风避雷塔42.5拉线避雷塔76.3对角线方向迎风避雷塔43.2拉线避雷塔76.66 结论1) 根据GB50009-2012《建筑结构荷载规范》，计算了避雷塔受风载荷，通过风载荷APDL程序，对避雷塔所有构件施加风载荷，对避雷塔结构和拉线避雷塔结构进行16级风速(53.5 m/s)下的静力分析，最大应力分别814.9 MPa，300.9 MPa，拉线避雷塔结构最大应力较避雷塔结构下降了63.1%.2) 避雷塔结构进行脉动风响应计算显示，避雷塔主体结构最大位移响应出现在顶部，拉线避雷塔主体结构最大位移响应出现在高30.525 m位置，拉线避雷塔结构最大位移响应值为避雷塔结构的3.9%～5.6%，拉线避雷塔结构有效减小了避雷塔受脉动风振动的幅值.3) 对避雷塔及拉线避雷塔结构进行非线性屈曲分析结果表明，临界屈曲风速分别为42.5 m/s，76.3 m/s，拉线避雷塔屈曲风速比避雷塔结构高77.3%～79.5%. 参考文献：【相关文献】[1] 郝紫阳. 铁塔动态特性及稳定性有限元分析[D]. 保定：华北电力大学(河北), 2006.[2] 潘兹勇, 胡海舰, 周筱君. 输电塔架结构的极限承载力分析[J]. 工程建设与设计, 2009(11)： 26-29.Pan Ziyong, Hu Haijian, Zhou Xiaojun. Analysis for the utimate bearing capacity of the transmission tower[J]. Construction & Design for Project, 2009(11)： 26-29. (in Chinese)[3] 孔贝贝. 输电塔及塔线体系的静动力特性分析[D]. 济南：山东大学, 2012.[4] 任月明. 风雨激励下输电塔线体系的动力响应分析[D]. 大连：大连理工大学, 2007.[5] 李宏男, 白海峰. 输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究[J]. 土木工程学报, 2008,41(11)： 31-38.Li Hongnan, Bai Haifeng. Dynamic behavior and stability of transmission tower-line system under wind (rain) forces[J]. China Civil Engineering Journal, 2008, 41(11)： 31-38. (in Chinese)[6] 李庆伟, 李宏男. 输电塔结构的动力稳定性研究[J]. 防灾减灾工程学报, 2008, 28(2)： 202-207. Li Qingwei, Li Hongnan. Study on dynamic instability of transmission tower[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2008, 28(2)： 202-207. (in Chinese) [7] 钟万里, 吴灌伦, 王伟, 等. 一种高压输电塔在风场中的失稳与加固[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2013, 44(2)： 593-597.Zhong Wanli, Wu Guanlun, Wang Wei, et al. Instability and reinforcement of a type of transmission tower in wind field[J]. 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海岛输电塔线体系风振响应及易损性分析曾璧环;池曦锵;张佳毅;杨德栋;曹枚根【期刊名称】《山东电力技术》【年(卷),期】2024(51)1【摘要】以温州洞头海岛3572线新建的单回路猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象,对输电塔的抗风性能评估展开研究。

首先,采用ANSYS软件建立输电塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展单塔和塔线体系的动力特性理论分析。

随后根据台风风谱,采用谐波叠加法,生成具有台风特性的脉动风速时程。

对塔线体系进行风振响应分析,了解塔线体系在设计风速作用下的塔身响应。

最后考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本;通过谐波叠加法模拟生成80组具有台风特性的脉动风速时程。

将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行80组塔线体系的风振响应分析。

对风振响应结果进行回归分析,得到考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性分析,确定输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。

基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到0°(顺线路)、90°(横线路)风向角工况下轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。

研究表明,55m/s极值风速作用下,横线路风向较顺线路风向发生破坏概率增加8.25%,在遭受重现期100年风速(41.95m/s)时,横线路方向发生倒塌破坏概率为20.19%,ZMG32-28.5塔还是有较大的倒塌风险。

【总页数】11页(P24-34)【作者】曾璧环;池曦锵;张佳毅;杨德栋;曹枚根【作者单位】温州电力建设有限公司;北方工业大学土木工程学院;国网浙江省电力有限公司温州供电公司【正文语种】中文【中图分类】TM732【相关文献】1.大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制2.大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析3.海岛大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数4.特高压输电线路塔线体系风振响应特性及对登塔人员影响分析5.海岛大跨越输电塔线体系风振响应及动力失稳分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

沿海地区超强台风作用下核电塔机抗风性能分析
耿贵军;李若彤;郑朝荣;吴文彬
【期刊名称】《建筑技术》
【年(卷),期】2024(55)7
【摘要】基于GB/T 13752—2017《塔式起重机设计规范》确定了超强台风作用下QTP300(7526B)型核电塔机的风荷载及其荷载组合方式,并考虑风荷载的不同加载方式(立面加载和平面加载),对核电塔机非工作状态下的抗风性能进行了有限元静力分析。

结果表明:与将风荷载分配到有限元模型的所有节点上相比,选取指定节点施加风荷载所得到的结果更大,表明在风荷载应加载到所有立面节点上;迎风面构件对背风面构件的挡风作用对塔机结构的应力分布及最大应力均无显著影响,而塔机结构的最大位移则随挡风作用的增强而增大,表明风荷载加载应考虑迎风面构件的挡风作用;塔机整机结构最大应力出现在底部主肢构件上,其大小均小于钢材的允许应力,该型号核电塔机可以承受17级超强台风作用。

【总页数】4页(P882-885)
【作者】耿贵军;李若彤;郑朝荣;吴文彬
【作者单位】中建机械有限公司;东北林业大学土木工程学院;哈尔滨工业大学结构工程灾变与控制教育部重点实验室;福建茂禹建设发展有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU74
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基于输电线路铁塔的沿海地区风环境观测系统
杨靖波;冯卫民;何燕;张宏杰
【期刊名称】《电力信息化》
【年(卷),期】2013(011)007
【摘要】利用高耸输电杆塔进行风场监测不仅可以节约建造专用气象观测塔的费用,还可为输电线路沿线积累风场数据.文章以输电线路铁塔为安装平台,以数据存储模块、无线通信模块、远程监控模块和太阳能电源组成了风观测系统.并基于改造的风观测系统,选取福建宁德至笠里500 kV输电线路52号铁塔为观测点,对福建沿海地区的风环境进行了风参数数据采集,为今后更好地推广应用这种风场监测系统提供了经验.
【总页数】5页(P56-60)
【作者】杨靖波;冯卫民;何燕;张宏杰
【作者单位】中国电力科学研究院,北京100055;福建省电力有限公司,福建福州350003;浙江盛达铁塔有限公司,浙江杭州311232;中国电力科学研究院,北京100055
【正文语种】中文
【中图分类】TM77
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松;周钢;范美仁;黄慧琴
3.沿海地区输电线路台风观测方法研究及\"莫兰蒂\"\r台风实测分析 [J], 黄增浩;吴新桥;孟晓波;蔡彦枫;龚博;张志强
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5.基于计算机视觉方法的输电线路铁塔关键部件位移监测系统 [J], 徐铼;刘蕾;周大炎
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输电塔抗风能力的实用评估方法
袁杨;朱辉良;郭琳
【期刊名称】《南方能源建设》
【年(卷),期】2015(002)0z1
【摘要】介绍了铁塔抗风的概念,推导了铁塔抗风能力的实用计算公式,并与典设铁塔进行了比较,结果表明该公式可快速评估铁塔的抗风能力,准确性较好.该方法为运维部门估算铁塔的抗风能力提供参考.
【总页数】4页(P80-82,9)
【作者】袁杨;朱辉良;郭琳
【作者单位】中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司,广州510663;广东电网公司惠州供电局,惠州516001;广东电网公司惠州供电局,惠州516001
【正文语种】中文
【中图分类】TM753
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