[发明专利]基于塔线耦合影响因子的输电塔共振响应的等效阻尼系数计算方法

权利要求书

1.一种基于塔线耦合影响因子的输电塔共振响应的等效阻尼系数计算方法，其特征在于具体步骤为：

S1：基于塔线体系的布置方案和物理参数，构建塔线体系计算模型，并得到塔线体系计算模型图；

S2：设定导线和绝缘子串振动的假设条件，得到的塔线体系中导线和绝缘子串的振型图以及迎风面、背风面导线和绝缘子串的广义质量、广义刚度和广义阻尼；并将塔线体系中导线和绝缘子串组合形成索结构体系；

S3：将步骤S2得到的数据构建索结构体系结合杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型；

S4：基于杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型，求取塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值和单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值；从而得到二者的比例式；

S5：基于步骤S4得到的计算公式，推导悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式，并计算得出对应的塔线等效阻尼系数；

在步骤S1中，所述塔线体系计算模型中的杆塔为密实结构，塔身为正方形的变截面，由下至上尺寸变小，横担为等截面；

所述塔线体系计算模型中的导线两端等高，与固定铰支座连接；

所述塔线体系计算模型中的杆塔高度为H，横担悬臂长度为l_ca，绝缘子长度为l_in，导线跨度为L；导线挂点无高差；

所述导线和绝缘子串振动的假设条件为：迎风面和背风面的导线在风荷载下的振动同步；绝缘子串的频率和阻尼比由导线控制，与导线的一致；

所述迎风面、背风面导线的广义质量计算公式为：

所述迎风面、背风面导线的广义刚度计算公式为：

所述迎风面、背风面导线的广义阻尼计算公式为：

m_c为单根导线单位线长的质量；单根导线振型-L≤y≤L；γ_g为导线的自重比载；σ₀为导线的水平初应力；ζ_c＝ζ_sc+ζ_ac；ζ_sc为导线结构阻尼比；ζ_ac为导线启动阻尼比；N_c为分裂导线的个数；T_w为平均风状态下单根导线的水平张力；ζ_c为导线阻尼比；

所述迎风面、背风面绝缘子串的广义质量计算公式为：

所述迎风面、背风面绝缘子串的广义刚度计算公式为：

所述迎风面、背风面绝缘子串的广义阻尼计算公式为：

其中，m_in为绝缘子串单位高度质量；绝缘子串振型H-l_in≤z≤H；ζ_in为绝缘子串阻尼比；l_in为绝缘子长度；其中，索结构体系对应的广义质量、广义刚度和广义阻尼的计算公式为：

步骤S4中所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值的计算公式为：

其中，

杆塔1阶模态的振型φ_t(z)＝(z/H)²，0≤z≤H；

为杆塔的广义质量，M_ca为横担的质量，m_t(z)为随高度变化的杆塔单位高度质量；

coh(z₁,z₂)为z₁和z₂高度处两点的脉动风速的相干函数；

S_f(n_t)为归一化风速谱，n_t为杆塔脉动风速的频率；

为索结构与杆塔的广义质量比值，

λ_n为索结构与杆塔的频率比值；λ_n＝n_ci/n_t；导线悬挂于杆塔的顶部，

ζ_t为总阻尼比；ζ_t＝ζ_st+ζ_at；ζ_st为杆塔结构阻尼比；ω_t为杆塔无阻尼振动的圆频率；ζ_ci为索结构总阻尼比，近似于取导线阻尼比，ζ_ci≈ζ_c，ζ_c＝ζ_sc+ζ_ac；

ρ_a为空气密度，μ_s(z)为风压随高度变化系数；b_s(z)为随高度变化的迎风面宽度；随高度变化的平均风速，σ_v'为脉动风速的标准差；

ζ_at为杆塔气动阻尼比；A_s,ca为横担的挡风面积；

所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值为：

其中，

所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量和所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的比例式为：

步骤S5中推导悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式的步骤为：

悬挂导线后杆塔的等效阻尼比为：

其中，ρ与ζ_e的关系为：

对于输电塔线体系而言，索结构为柔性体系，卓越频率小于杆塔的频率；则忽略λ_n的高阶项；

杆塔的阻尼比为0.01，索结构的阻尼比小于1，则忽略项；

导线悬挂于杆塔的顶部，

故悬挂导线后杆塔的等效阻尼比的计算公式为：