雷暴冲击风的最大风速出现在近地面附近，对输电线塔具有极强的破坏性。当前针对雷暴冲击风下输电塔风荷载和风振性能的研究较少，导致输电塔的风毁事故时有发生。包括我国在内的大多数国家的荷载规范基本上仍采用常态大气边界层剖面风荷载作为设计荷载，并未体现雷暴冲击风的作用。本项目采用自主开发的雷暴冲击风模拟装置，在常规边界层风洞中实现了雷暴冲击风的模拟。基于输电塔气弹模型风洞试验，采用非接触位移测试技术对输电线塔在冲击风场下的风振特性进行了系统研究。总结了不同类型的输电塔在不同尺度冲击风作用下的风振响应规律，并对比分析了常规风场和冲击风场下塔头、塔高等因素对输电塔风振响应的影响。基于输电塔气弹模型位移响应的测量结果，研究输电塔气动荷载的分布特征，类比于荷载响应相关法，建立了输电塔结构三维静力等效风荷载的新的试验分析方法。研究结果表明，冲击风下的输电塔风振响应与常规风场下的响应并未有明显区别，均以一阶模态振动为主。不过，由于冲击风的低湍流度特征导致脉动响应偏小。输电塔风振响应随高度和风速的增大而增大，同时随风向角变化呈现规律性的特征，最大风振响应基本发生在15o～30o。风场和塔高相近的条件下，干字型塔楼的平均和脉动响应均高于猫头型输电塔。输电塔的等效静风荷载成分组成说明，对于镂空的输电塔结构，其平均荷载占有绝对优势，背景响应和共振响应占次要地位。 2100433B

雷暴冲击风是短时间内冲向地面并沿雷暴中心向外围迅速扩散的高强气流，其最大风速出现在近地面附近，对输电线塔具有极强的破坏性。目前针对雷暴冲击风下输电塔风荷载和风振性能的研究较少，包括我国在内的大多数国家的荷载规范基本上仍采用常态大气边界层剖面风荷载作为设计荷载，并未体现雷暴冲击风的作用。本项目通过输电塔气弹模型风洞试验，在边界层风洞中模拟雷暴冲击风风场，采用新的位移测试技术对输电线塔雷暴冲击风作用下的风振特性进行系统的研究，分析不同类型的输电塔在冲击风作用下的风振响应规律。基于输电塔气弹模型整体位移响应的测量结果，进行气动阻尼参数和作用于结构上的气动荷载识别，研究输电塔结构气动阻尼随风速的变化规律和气动荷载的分布特征与作用机理，建立输电塔结构三维静力等效风荷载的新的试验分析方法，为输电塔抗冲击风设计提供理论依据和设计指导。

本文将典型高压输电塔分为塔头、塔身和塔腿三部分，应用高频天平测力风洞试验技术，分别研究了塔头、塔身结构风荷载特性及作用机理。根据试验结果建立了结构风荷载的解析模型，计算了输电塔的风致响应，分析了结构阻尼比、模态数目等参数对响应的影响。采用广义阵风因子法给出了输电塔等效静力风荷载计算方法，对比了不同规范给出的等效静力风荷载，所得结论对完善我国输电塔风荷载规范条文有参考价值。

前言

第1章 绪论

1.1 输电塔线体系风振响应研究综述

1.1.1 研究意义

1.1.2 输电塔线体系风振响应研究进展

1.2 国内外输电线系统风荷载规范概述

1.2.1 国际电工委员会输电线设计标准[IEC60826(2003)]

1.2.2 欧洲(英国)规范(BSEN1993—3—1：2006，BSEN1991—1—4：2005)

1.2.3 ASCE标准(No.74，2009)

1.2.4 中国规范(GB50545—2010)

1.3 存在的问题和不足

1.4 研究内容

第2章 格构式输电塔片段刚性模型测力风洞试验

2.1 引言

2.2 片段刚性模型高频动态天平测力风洞试验概要

2.2.1 高频动态天平试验原理简介

2.2.2 风洞简介

2.2.3 数据处理

2.3 输电塔头、塔身风力特征

2.3.1 风力系数

2.3.2 基底剪力、扭矩功率谱密度

2.3.3 基底剪力、扭矩的相干性

2.3.4 风荷载作用机理试分析

2.3.5 静动力折算高度

2.4 本章小结

第3章 格构式输电塔外加风荷载简化数学模型

3.1 引言

3.2 最小二乘法基本原理

3.3 风力系数拟合

3.3.1 多项式阶次的选取

3.3.2 平均风力系数拟合公式

3.3.3 脉动风力系数拟合公式

3.4 功率谱拟合

3.4.1 顺风向基底剪力功率谱密度

3.4.2 横风向基底剪力和基底扭矩功率谱密度

3.4.3 功率谱曲线拟合误差 3.5 本章小结

第4章 输电塔风致响应及参数分析

4.1 引言

4.2 格构式输电塔风致响应计算方法

4.2.1 气动力的确定 4.2.2 时程分析方法

4.2.3 平稳激励下线性系统随机振动的模态叠加法

4.2.4 格构式输电塔风致响应分析计算流程图

4.3 输电塔风振响应计算

4.3.1 结构风振响应计算参数的选取

4.3.2 有限元模型的建立荷载输入点的选取

4.3.3 结构模态分析

4.3.4 风振响应时、频域结果比较

4.3.5 输电塔响应随风向变化

4.3.6 结构响应的功率谱特性

4.4 输电塔风振响应的参数分析

4.4.1 结构阻尼比

4.4.2 参振模态的数目

4.4.3 模态交叉项 4.5 酒杯型塔与鼓型塔响应比较

4.6 输电塔简化计算模型

4.6.1 简化模型的建立

4.6.2 响应比较

4.6.3 误差及简化方法适用范围分析

4.6.4 气动阻尼

4.7 本章小结

第5章 输电塔等效静力风荷载及规范比较

5.1 引言

5.2 等效静力风荷载简介

5.3 结构风致响应及等效静力风荷载

5.3.1 风致响应

5.3.2 等效静力风荷载

5.4 输电塔风荷载规范及试验比较

5.4.1 基本风速

5.4.2 风力系数(focecoefficient)

5.4.3 阵风荷载因子

5.4.4 荷载因子(荷载系数 )

5.4.5 等效静力风荷载计算流程

5.4.6 500kV典型输电塔等效风荷载及风振响应比较

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 研究总结

6.1.1 格构式输电塔风荷载特性

6.1.2 典型输电塔风致响应

6.1.3 风荷载模型及响应规范比较

6.2 研究展望参考文献 2100433B

大型风筒式冷却塔是常用的水冷却设备，体量巨大，壁厚极薄，风荷载是设计的控制荷载。冷却塔内外表面均受到风荷载作用，风压分布非常复杂；塔筒为旋转壳体结构，振动模态密集，风振问题突出；现有的研究不多，设计规范内容不全，缺乏有效的风荷载理论用于指导设计。本课题以CFD数值模拟、风洞试验和时频域动力计算为手段，对大型冷却塔的表面风压、干扰效应、风致响应和静力等效风荷载进行系统的研究。为使较低雷诺数下进行的风洞试验结果能应用于较高雷诺数的原型，采用提高模型表面粗糙度的方法，合理的粗糙度通过风洞试验结合CFD数值模拟来获取。对双塔和塔群干扰进行系统分析，提供量化结果。采用时频域方法进行冷却塔的风振动力计算，得到用于设计的等效风荷载。发展冷却塔的风振理论，为相关规范条文的修订提供依据。 2100433B