强风区双柱悬索拉线塔线体系风振响应及可靠度研究

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1、强风区双柱悬索拉线塔线体系风振响应及可靠度研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：刘海林指导教师：肖正直副教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月StudyTheWind-InducedResponsesAndTheWindInducedVibrationReliabilityofCrossRopeTransmissionTowerLineSystemInStrongWindRegionAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRe

2、quirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByLiuHailinSupervisedbyAssociateProf.XiaoZhengzhiSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要自立式输电塔是特高压输电线路常采用的塔体结构形式，这类输电塔结构形式用钢量多、造价高、施工工序复杂、修建时间长、塔基占地面积小等特点，一般只适于城市周边地区和山区丘

3、陵区域，对于地势平坦、面积辽阔的戈壁沙漠地区，选取其他输电塔结构形式更为合理。一种新型的输电塔结构形式被采用，即双柱悬索拉线塔线体系，它具有修建时间短、方便施工、钢材用料少、造价低等优点；但存在不足之处，双柱悬索拉线塔线体系柔度大、整个塔身结构体系质量轻、刚对小、长细比大甚至达到上百。之所以选择该输电塔结构形式，是因为新疆地区地处戈壁大沙漠，地势平坦且占地费用低，得天独厚的地形使得双柱悬索拉线塔线体系的经济优势更加突出。然而，新疆戈壁地区平均日风速较大，最大风速能达到35m/s，在风荷载作用下该结构体系容易发生很大的摆幅，某些构件的变形或者应力

4、会超过极限值，因此研究双柱悬索拉线塔线体系在风荷载作用下的动力可靠度和风振响应具有十分重要的意义。本文采用ANSYS建模与数值模拟分析相结合的方式研究双柱悬索拉线塔线体系在风荷载作用下的风振响应，采用简化四阶矩方法计算双柱悬索拉线塔线体系可靠度指标，主要研究工作：①基于二维乘法定理建立风速风向连续型联合分布模型。收集新疆哈密强风区内气象站1970年7月1日到2013年8月31日的实测风速风向资料，采用日最大极值风速作为统计分析的样本点，分别统计16个风向的日最大极值风速值绘制相应的风速概率密度直方图，用四种风速概率模型分布分别拟合16个风向上的

5、风速概率密度直方图，对比选出拟合效果最佳的风速概率模型分布。为了将16个风向上的风速概率模型分布实现统一化，必须通过16个风向上风速概率模型分布的参数值用含风向角的风速条件概率模型分布统一表达；通过归一化思想实现风向角的连续化，建立风向角连续化概率模型分布。将含风向角的风速条件概率模型分布统一表达式与风向角连续化概率模型分布相乘得到风速风向连续型联合模型分布。②分析参数(风速、风向、拉线预张力百分比)的变化引起双柱悬索拉线塔线体系风振响应的变化。双柱悬索拉线塔线体系在施工图设计时要考虑风速、风向和拉线初张力百分比对其稳定性和安全性的影响。本文采

6、用时域分析方法，通过取不同的风速、风向和拉线预张力百分比的值，考察了这三个设计参数对拉线拉力、立柱支座反力和塔顶位移风致振动响应的影响。③计算双柱悬索拉线塔线体系的拉线拉力和塔顶位移在风荷载作用下的可靠度指标。首先，确定双柱悬索拉线塔线体系的失效模式，即四根拉线只要有一根I重庆大学硕士学位论文在风荷载作用下断裂或者塔顶位移只要某塔顶位移超过最大限值将影响双柱悬索拉线塔线体系的正常工作甚至整个结构体系倒塌。其次，引入等价极值事件，建立这两种失效模式的功能函数。最后，采用点估计进行风速与风向的空间选点，引用简化四阶矩方法计算双柱悬索拉线塔线体系拉线

7、拉力和塔顶位移在风荷载作用下的可靠度指标，为研究双柱悬索拉线塔线体系在风荷载作用下提供理论支持。关键词：特高压，双柱悬索拉线塔线体系，联合概率模型分布，风振响应，等价极值事件，点估计，矩方法II英文摘要ABSTRACTThefree-standingtransmissiontoweristheformoftowerstructure,whichisoftenusedinUHVtransmissionlines,Thistypeoftransmissiontowerstructurehascharacteristicsofmoresteel,hi

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