[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

说明书

技术领域

本发明属于输电塔线体系的抗风设计领域，涉及一种可用于测试运动雷暴风作用下输电塔线体系的风荷载装置及测试方法，具体涉及一种可用于变参数运动雷暴风模拟的试验装置和相应的塔线体系风荷载测试装置的开发技术及相关的测试方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，从经济和社会效益出发，输电线路的电压等级和输电距离逐渐提高，通过复杂地形及恶劣气候条件地区的概率随之增大。输电塔线体系的柔度大、阻尼小，属于典型的风荷载敏感结构，近年来，强风导致的输电塔倒塌和线路风偏跳闸事故的发生频率呈上升趋势。据统计，澳大利亚、美国和南非等国家发生的80％以上的风致倒塔事故主要是由雷暴风作用产生的。而从事故现场的勘测资料以及事故期间的气象报告来看，雷暴风极可能是部分倒塔事故和风偏闪络事故的诱因之一。因此，在进行雷暴多发地区或风致事故高发区域的塔线设计时，有必要开展雷暴风作用下的塔线体系风致响应验算。

目前国内外关于雷暴风的研究多集中于静态雷暴风的风场结构、风场剖面模型以及雷暴风作用下各类输电塔的风荷载分布特征、风致响应和破坏机理的研究，对于运动雷暴风的风场模拟、运动雷暴风作用下塔线耦联体系的风致响应以及输电线路风偏响应的研究则较少涉及。在这个计算过程中，运动雷暴风作用下各基输电塔和各跨导线的风荷载的合理取值是主要的难点。现有的研究中，运动雷暴风荷载多从模拟瞬态风场出发，结合准定常假设，根据风压的计算计算公式直接求得，其中体型系数多采用边界层风场下的取值，计算结果对风场模型的依赖性较大，同时，体型系数的准确性也有待商榷。因此，本发明结合可移动的射流装置，通过高频天平测力试验，可直接获取运动雷暴风作用下，各基输电塔和各跨导线的瞬时平均风荷载。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供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，它较好地解决了当前塔线设计规范中并未涉及包括运动雷暴风风场在内的极端风作用下塔线风荷载取值方式的问题，提高了输电塔线体系的安全性和供电可靠性。

本发明所采用的技术方案通过以下步骤来实现，一种运动雷暴风作用下输电塔线体系的风荷载测试装置，它包括一射流装置，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可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和塔线体系的多天平测力试验。

作为优选：所述的升降机构包括一可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，其中变频器配备了可实时显示射流装置移动速度的液晶显示屏。

一种利用所述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，可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驱动电机、变频器和移动轨道构成的驱动机构，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力时程，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。

作为优选：本发明所述的测试方法中：