[发明专利]带悬挑横担常规单塔基于有效荷载法的风振系数简化计算方法

说明书

本发明公开了一种带悬挑横担常规单塔基于有效荷载法的风振系数简化计算方法，建立了常规单塔设计风荷载的计算模型，通过计算风振系数进而求取常规单塔设计风荷载。采用统计的影响线方法计算等效背景风荷载，确定了中间变量γ_B的拟合公式，推导了风振系数考虑外形变化影响的修正系数θ_ηB。通过采用γ_B、θ_ηB和相关的修正系数，推导了带悬挑横担的常规单塔的风振系数。在实际设计当中，通过风振系数的计算结果、风振系数与风荷载相关的计算公式，即可得到常规单塔的风荷载。计算步骤简单，分析横隔面、横担和钢管混凝土对输电塔风振系数的各贡献量的影响。

技术领域

本发明涉及常规单塔设计技术领域，具体的说是一种带悬挑横担常规单塔基于有效荷载法的风振系数简化计算方法。

背景技术

中国规范沿用苏联的抗风设计方法，该方法采用振型分解法计算等效背景风荷载，对于悬臂构筑物而言，以1阶模态的参振为主，振型分解法的近似计算引起的塔顶位移误差不大。与惯性力法对比，由于有效荷载法采用准静态的方法计算背景风荷载，其确定的背景风荷载是准确的理论解。采用有效荷载法计算时，根据响应分量确定背景风荷载和共振风荷载的权重系数，能够达到计算响应与实际响应等效的作用。有效荷载法的物理意义清晰，计算输电塔的内力结果比采用惯性力法得到的结果更准确。澳大利亚和新西兰的杆塔规范、标准基于该方法设计风荷载。然而这些规范、标准中的输电塔设计风荷载都没有考虑横担、梯度风高度和钢管混凝土的影响。准确的输电塔设计风荷载不仅能够保证输电线路的安全运行，还能够降低工程造价，起到经济性作用。

众所周知的，求取风荷载的关键相当于求取单塔的风振系数，则针对现有技术的缺陷，对与常规单塔，有必要将横担、梯度风高度和钢管混凝土三者的影响考虑到计算风振系数的方法中，从而进一步的对单塔的风荷载进行设计，提高现有技术中常规单塔的设计效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种带悬挑横担常规单塔基于有效荷载法的风振系数简化计算方法，基于有效荷载法确定单塔的设计风荷载，综合考虑到横担、梯度风高度和钢管混凝土对风荷载的影响。

为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种带悬挑横担常规单塔基于有效荷载法的风振系数简化计算方法，其关键技术在于具体步骤为：

S1：确定常规单塔的计算参数，并确定常规单塔所在地面粗糙度类别，设定10m高度处的平均分速常规单塔的总高度H；跟开b₁；横担个数n_c；横担平均外伸长度

S2：通过水平均布荷载作用下结构的挠曲线获得步骤S1中的常规单塔0°风向角的1阶侧弯振型φ₁(z)；

S3：根据荷载规范引入背景分量因子B_z(z)，进而计算输电塔的脉动风荷载在水平方向的相关系数ρ_x和脉动风荷载在竖直方向的相关系数ρ_z；

根据荷载规范引入的共振分量因子R；

根据荷载规范确定地面粗糙度指数α、峰值因子g_s、10m高度处的湍流度 I₁₀、瑞流度高度变化系数风压随高度变化系数μ_z；

分别计算常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的风振系数考虑对荷载响应相关系数ρ_fr′影响的修正系数θ_ηB；

S4：根据步骤S1中常规单塔所在地面粗糙度类别，获取背景分量因子的中间变量γ的拟合系数k_γ、a_γ；

根据常规单塔的宽度、深度得到风振系数考虑整体外形变化的修正系数θ_v