修正Von—karman谱输入的输电塔结构脉动风数值模拟

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1、2009年10月吉林电力Oct．2009第37卷第5期(总第204期)JilinElectricPowerV01．37No．5(Ser．No．204)修正Von—karman谱输入的输电塔结构脉动风数值模拟NumericalSimulationofInputTransmissionTowerStructurePulseWindBasedonModifiedVon—karmanSpectrumInput祝贺，王金岭，裴延学(1．东北电力大学，吉林吉林132012；2．吉林省电力有限公司电力科学研究院，长春130021)摘要：针对强风作

2、用下输电塔结构的振动形态，充分考虑脉动风的空间相关性，采用修正的Won—karman谱模拟脉动风荷，并引入快速傅里叶变换技术构建输电塔结构的脉动风速时程，得到结构的节点位移及加速度等时程曲线。完成了对输电塔结构的风速时程分析，结构振动情况与实际相近。关键词：输电塔结构；Von—karman谱；脉动风；数值模拟Abstract：ModifiedVonkarmanSpectrumsimulatedpulsewindloadWasadoptedaccordingtothevibrationstatusoftransmissiontower

3、understrongwind．FastFouriertransformalgorithmwasintroducedtoconstructthewindvelocityprogressoftransmissiontower．Historycurveofstructurenodeincludingdisplacementandaccelerateetc．couldbeobtained．Thestructurevibratingsituationismoreclosetorealsituation．Keywords：transmissi

4、ontowerstructure；Von—karmanspectrum；pulsewind；numericalsimulation中图分类号：TM753文献标识码；A文章编号：l009—5306(2009)050012一O输电塔作为输电线路的重要组成部分，其结构线比实际记录更具有代表性，因而在实际工程中广安全性决定了输电线路的安全运行。我国目前对电泛应用。能的巨大需求，高电压、远距离输电已是必然趋势，因此决定了输电塔结构的高度逐渐增加，而输电塔l自然风基本特性作为高柔结构，长期处于风荷作用之下，尤其是东南沿海地区，强风环境引起输电塔

5、结构的各种动力响地球大气层内空气的运动就产生风，风吹过地应是影响塔正常运行和导致倒塔事故的主要原因。面时，由于地面上的各种粗糙元的作用，会对风的运目前，对输电塔结构的风振分析一般是在频域动产生摩擦阻力，使风的能量减少并导致风速减小。或时域范围内进行，频域法由随机振动理论建立起减小的程度随离地高度的增加而降低，受到地球表输入风荷谱特性与输出结构反应之间的直接关系，面摩擦阻力影响的大气层称为大气边界层，在大气但频域法只能对结构进行线性分析，时域法是将随边界层中，空气运动是一种随机的湍流流动，长期以机风荷模拟成时间的函数，然后直接求解运动

6、方程，来，人们对大气边界层内风特性进行了大量的研究能够进行较精确的非线性分析，结构的位移、加速工作，希望用一个通用的解析式来描述风特性，度、速度可以直接求出。对结构进行时域的风振分但非常困难。目前，研究大气边界层内风特性时，将析，就需要获取尽可能接近和满足自然风特性的风大气边界层内的风看成是由平均风和脉动风2部分荷。确定风荷的主要手段通常有现场实测、风洞试组成。验、数值模拟等，但目前风洞试验和现场实测测试手三维风场中任一点的瞬时风速可以表示为脉动段均不可行。由于数值模拟方法得到的风速时程曲风速和平均风速的和：收稿日期：2008—07

7、—02作者简介：祝贺(1978一)，男。讲师，博士研究生，主要从事电网防灾减灾研究。*中国电机工程学会电力青年科技项目(200816)；吉林省教育厅十一五重点科研项目(200751)。·12·2009年l0月吉林电力Oct．2009第37卷第5期(总第204期)JilinElectricPowerVo1．37No．5(Ser．N0．2O4)f“(t)一“(f)十“(，Y，，t)由自相关函数的定义，若按时间的t方向取平均，则非周期函数(f)的自相关函数为：【(t)一V(f)+(，y，Z，t)(1)训r(t)一(￡)+(，y，，f)十R

8、(f)一Ix(t)x(t+r)dr(4)式中：横向为风的主流方向；纵向Y与风的主流方向垂直；垂向与风的主流方向垂直；(f)为主流方向的平均风速；“(1z，y，2，t)、(，y，，t)、W(，Y，则有：厂)一j’』)+r)ei2~frd