[发明专利]非均布平均风作用下输电线路风荷载的确定方法

说明书

本发明公开了一种非均布平均风作用下输电线路风荷载的确定方法，该方法包括以下步骤：1)通过已有风场数学模型，确定输电线路各跨输电线上的风荷载分布；2)采用横向力影响线函数计算各跨输电线缘子对绝缘子的横向力作用；3)计算输电线对绝缘子的竖向力作用；4)建立绝缘子端部空间位移和空间力的关系模型；5)计算等效均布风荷载和风荷载与重力的等效均布合力；6)建立各跨输电线端部弦向力及位移的n个变形协调方程；7)求解方程最终得到输电线对绝缘子的三个方向的风荷载。本发明方法提出了非均布平均风作用下多跨输电线‑绝缘子体系的风荷载理论计算方法，为输电线塔合理的结构抗风设计与校核提供理论依据和支撑。

技术领域

本发明涉及输电线路维护技术，尤其涉及一种非均布平均风作用下输电线路风荷载的确定方法。

背景技术

下击暴流或者龙卷风作为雷暴天气下的强风，对输电塔线体系的破坏很大，其风场与大气边界层风相比又存在着较大差异。输电线结构具有柔性大、对风荷载敏感、响应几何非线性的特性。根据国内外大量输电杆塔风致破坏事故的研究表明，下击暴流，龙卷风是内陆等非台风地区输电线路风灾破坏的主要原因。输电杆塔支撑着输电线-绝缘子系统，相当于该系统的支座。当风压作用于输电线-绝缘子系统时，会在与杆塔连接的绝缘子端部产生的巨大的力作用，称之为输电线风荷载。这往往是造成输电线路支撑杆塔结构风灾破坏的直接原因，成为杆塔结构设计时的控制荷载。

下击暴流、龙卷风这类强对流天气下的雷暴强风，其风场特性与大气边界层风相比存在着较大的差异。主要特点在于：1、雷暴风的空间直径尺度相对于季风或者台风要小很多，大致几公里范围内；造成了沿输电线路上风速的不均匀分布特性非常显著。2、垂直于线路风向的平均风速所产生输电线上静力作用是输电线风荷载的主要贡献。

由于风速空间沿着水平不均匀性，这类强平均风作用下，不仅产生垂直线路的风荷载，还会由于风压力在各跨输电线上的不均匀分布，产生沿线路方向不可忽略的纵向风荷载。两个方向的合力往往会造成输电杆塔风灾倒塌的主要原因。而目前尚未有在这类强风作用下，线路三个方向风荷载的计算方法，目前亟待解决的工程问题。

本发明即是针对这类风荷载工况下，提出了输电线三向荷载的计算方法。将对输电线路抗雷暴风等小尺度强风的结构设计有重大的工程应用价值。

本发明方法以索结构理论为基础，通过逐步推导，提出了下击暴流作用下多跨绝缘子-输电线体系的绝缘子位移和张力的风振响应的非线性静力的理论计算步骤和方法，为输电线塔结构合理的抗下击暴流风，龙卷风荷载的设计与校核提供了技术支撑。发明具有重要的工程实用价值和显著地社会效益。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种非均布平均风作用下输电线路风荷载的计算方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种非均布平均风作用下输电线路风荷载的确定方法，包括以下步骤：

1)根据输电线的相关参数，通过已有风场数学模型，确定输电线路所在风速场以及其各跨输电线i上的风荷载分布f_Di(x,t)；

其中，i为输电线路的各跨序号，i＝1,2,……n；n为输电线路的总跨数；ρ_air为空气密度；D为输电线直径；C_d为输电线的风阻力系数；

输电线的相关参数包括：计算截面面积A、弹性模量E、外径D、单位长度的重力作用mg、风阻力系数C_d、输电线路的跨数n，各跨跨度L_i、初始弧垂f_i、绝缘子长度l_i。

2)根据各跨输电线上风荷载分布，采用横向张力影响线函数计算每个绝缘子与支座连接的横向张力T_yi；