[发明专利]一种运动雷暴风作用下输电塔线体系的风荷载测试装置及测试方法

权利要求书

1.一种利用风荷载测试装置进行运动雷暴风作用下输电塔线体系的风荷载测试方法，所述的风荷载测试装置包括一射流装置，所述的射流装置由风机段、扩散段、稳定段和可改变出口口径的收缩段依次相接组成，所述的射流装置配置有一可调节射流高度的升降机构和通过变频器进行电机转速远程控制的驱动机构，所述的驱动机构可将安置在滑轨上的射流装置以指定的速度沿滑轨移动，所述射流装置与升降机构和驱动机构一起构成了调节射流高度的非稳态雷暴风风场模拟装置，所述的非稳态雷暴风风场模拟装置与输电塔刚性测压模型结合分别组成了塔身截断模型的单天平测力试验机构和塔线体系的多天平测力试验机构；

所述的升降机构包括一将光滑钢板升至指定高度的油压千斤顶，所述光滑钢板配置有在升至指定高度后塞入垫高的垫块；所述的驱动机构包括一在转轴上配置有计数器的电机，一对电机转速进行远程控制的变频器，其中变频器配备了实时显示射流装置移动速度的液晶显示屏；

其特征在于所述的风荷载测试方法包括如下步骤：

步骤一：对射流装置进行改装，增加了升降装置以实现射流高度的快速调节，用于生成变参数的静态雷暴风风场；

步骤二：在改装后的射流装置上配备有主要由电机、变频器和滑轨构成的驱动机构，可控制射流装置以指定的速度沿着滑轨移动，形成运动的雷暴风风场；

步骤三：根据试验条件确定试验的缩尺比，设计并制作输电塔线体系的刚性测压模型；

步骤四：采用多个高频天平对塔线体系模型同步进行测力试验，测得塔线体系承受的整体雷暴风荷载时程，并通过塔身截断模型的单天平测力试验测定输电塔各个部位的瞬时风荷载；

步骤五：根据步骤四测得的风荷载时程，采用经验模态分解法，提取风荷载中的平均分量，根据试验的缩尺比，进一步计算得出原型的各基输电塔沿高度方向的瞬时平均风荷载的分布形式和各跨导线承受的瞬时平均风荷载。

2.根据权利要求1所述的运动雷暴风作用下输电塔线体系的风荷载测试方法，其特征在于：

步骤三的具体内容是：根据射流装置收缩段的射流直径与拟模拟的雷暴风的水平尺度变化范围的比例，可确定试验的长度缩尺比ρ_L，其中拟模拟的雷暴风的射流直径D_jet，宜根据实际的观测结果在适当范围内进行选取；随后，根据已经确定的长度缩尺比，完成塔线体系刚性测压模型的设计和制作工作；同时，可由实际设计高度z_df获取对应的射流风洞内的高度z_dm，选取特定的射流风速V_jet和射流装置的移动速度V_m，则试验的速度缩尺比其中v_0m(z_dm)为射流风洞中高度为z_dm的各个测点的最大平均风速，v_0f(z_df)为实际的设计风速,H为射流高度；

步骤四的具体内容是：根据雷暴风的风场空间分布特征，风场内某一点的风速大小和该点与射流中心的距离r密切相关；运动雷暴风风场中，由于射流中心的运动，r处于动态变化中，即r＝r(t)；对于输电线路而言，r(t)的形式直接由输电线路的走向和运动路径的相对关系决定；因此，试验工况的确定除了与风场参数相关以外，还直接受输电线路的走向和运动路径的相对关系所影响；

定义输电塔的横担方向和垂直横担方向分别为体轴的x向和y向，在进行塔线体系多天平同步测力试验的过程中，确定塔线体系的走向与运动路径的相对关系时，只需设定线路跨中的输电塔质心所在的位置与运动路径的垂距e和输电塔体轴x向与运动路径的夹角β，则其余各塔和导线的位置坐标可由导线的跨度和杆塔的结构类型相应得到；

所述步骤五的具体内容是：经验模态分解法采用了自适应的广义基，在筛选信号的过程中通过逐次提取高频项，依次分解出信号中的低频和较低频的信息，可实现不同频段信号的有效分离；此处采用该方法可有效地提取测力天平试验数据的平均分量，分别记为和具体为D_jet＝0.6m，V_jet＝11.7m/s，H＝2D_jet，e＝0，β＝0时，从单个测力天平测得的单塔全塔模型M1和截断模型M5的试验结果提取得到的瞬态平均风荷载；根据一定的转换方法，可换算得到各基输电塔沿高度方向各部位的风荷载分布和各跨导线承受的整体风荷载。