[实用新型]一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型

说明书

技术领域

本实用新型属于输电线路设计技术领域，涉及一种大跨越输电钢管塔气弹模型，特别是一种用于测定输电钢管塔的风致振动效应进而准确获得输电钢管塔的风荷载参数的大跨越输电钢管塔气动弹性模型。

背景技术

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。

大跨越输电钢管塔是一种风敏感的柔性结构，风荷载是输电钢管塔设计的主要控制荷载，输电钢管塔风荷载的一个关键数据是风振系数。目前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，在使用上较为简便粗略，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，设计时往往将风振系数的取值选取得较大，这就导致了大跨越输电钢管塔的重量增大，造成成本的增加和不必要的浪费。由于风荷载的随机性，以及风流经高耸钝体时产生复杂的气流分离等因素，超高输电铁塔的风效应十分复杂，涉及到气动弹性稳定和气动弹性动力响应两个问题，此外对于圆形截面的钢管而言，卡门涡流的作用可能会引起结构的涡激共振。因此此类结构无法在理论上完整地解决上述的问题，往往通过风洞试验来检验结构的气动稳定性，并测定在模拟风作用下的动力响应和气动参数。进行气动弹性模型风洞试验，其模型的设计与制作是否正确直接关系到试验的成败。为表述方便，气动弹性模型可简称为气弹模型。

目前，气弹模型设计目前存在的主要技术问题是：1、如何保持模型与原型在质量分布、刚度分布上的相似；2、如何使气弹模型各杆件既做到刚度相似又做到几何相似；3、如何将各层次杆件、节点板、爬梯及传感器的质量合理分配到各个节点；4、节点板和中间爬梯的受风面如何按几何相似关系集中到塔架各节点进行模拟；5、如何对输电线的模拟作简化，使得输电线的模拟尽量与与塔架的相似系数一致。

发明内容

本实用新型针对上述存在的问题，提供一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型，该气弹模型各部位的几何相似与刚度相似相统一，同时做到输电塔刚度、几何、质量、阻尼、频率等一系列参数的相似，能真实地模拟实际结构的气动性态，为大跨越输电工程的安全提供可靠的设计参数，并可以兼作测力和测振两种试验。

本实用新型通过下列技术方案来实现：一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型，包括与实际原型等比例缩小的塔头、塔身和塔底，所述的塔身由塔柱、纵向斜撑、塔底斜撑、水平斜撑和横隔构成，其特征在于，所述的塔柱、纵向斜撑和塔底斜撑采用拉压刚度EA和受风面积均与原型等比例缩小的杆件一，水平斜撑和横隔采用受风面积与原型等比例缩小的杆件二，在塔身内设有为平衡质量分布的配重块。

本大跨越输电钢管气弹模型是对大跨越输电钢管塔的原型进行模拟，使气弹模型的几何形状、质量分布、刚度分布与原型相似，真实的模拟原型的气动性态。

在上述的一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型中，所述的杆件一包括芯棒和包覆在芯棒外的泡沫纸，在泡沫纸外再包有透明胶带纸。

在上述的一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型中，所述的塔柱的芯棒采用薄壁铜管；所述的纵向斜撑、塔底斜撑的芯棒采用第一不锈钢毛细管。

在上述的一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型中，所述的杆件二包括第二不锈钢毛细管和包覆在第二不锈钢毛细管外的泡沫纸，在泡沫纸外再包有透明胶带纸，杆件二的截面与原型的水平斜撑和横隔的截面形状相似。

在上述的一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型中，所述的塔头由杆件三焊接而成，与原型塔头具有相同的密度比。惯性参数ρs/ρf(密度比)相似客观上要求模型的密度与原型的密度一致。

在上述的一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型中，所述的杆件三包括第三不锈钢毛细管和包覆在第三不锈钢毛细管外的泡沫纸，在泡沫纸外再包有透明胶带纸。

在气弹模型材料选择上首先控制截面积的相似性，而并不要求壁厚和外径同时满足。这样可以选择一些外径较小而壁厚在0.20左右的薄壁铜管和壁厚在0.15左右的不锈钢毛细管作为模型杆件以拟合各杆件的拉压刚度，为了保证受风面积的相似要求，模型杆件外径不足部分首先采用无刚度的泡沫纸外包再用胶带纸封裹。

在上述的一种新型大跨越输电钢管塔气弹模型中，所述的塔身各节点分别包覆有铜皮。原型中的节点板和中间爬梯对塔身的刚度没有贡献，但其质量对塔身的质量分布影响很大，而且其受风面直接影响到塔身受到的风荷载大小。因此节点板和中间爬梯的质量在配重时给予考虑，其受风面按几何相似关系集中到塔架各节点用铜皮进行模拟。