输电线路杆塔结构风荷载探讨

输电线路杆塔结构风荷载探讨

何昌辉赵军强

（国网青海省电力公司海南供电公司）

摘要：经济的发展推动了电力事业的发展，近年来人们对电力的需求量越来越大，我国电力部门对相关输电系统的建设也如火如荼，建造出安全的输电路线能够使国家电力稳定输送，为人们的经济建设和日常生活提供电力支持。面对复杂的情况，我国输电线路的建造技术不断进步，架空输电线路导线在我国电力输送线路建设中被广泛应用，其中输电线路杆塔风荷载是至关重要的。

关键词：输电线路；杆塔结构；风荷载

经济的发展使得人们对电力的需求量不断增加，我国高压电网的建设也在不断的发展，近年来我国相关工作人员研究了大量的输电技术，对于相关技术的应用已经取得了良好的效果。线路的杆塔结构风荷载在输电系统中有十分重要的作用，对其进行良好的设计能够使输电系统安全稳定运行，风荷载是杆塔结构的主要荷载，对于杆塔结构来说有着重要的作用。

一、风荷载的重要性

（一）风和杆塔结构

通常情况下，自然风的风力大小，风力吹动的方向和风对物体的作用是没有任何规律可循的。因此对于风荷载的设计具有一定的局限性，一般都选择在高度比较低、建筑风格比较规范的高层大楼上［1］。对于特殊建筑的风荷载数值则需要通过相应的计算方法来对其进行计算。在一般情况来下，对风荷载进行适当的增加，能够实现对相关风力的计算，将风荷载当作一个固定的值，对周围的风力进行相应的分析，能够对杆塔结构在风的作用下移动的方向和位置进行确定。然而，如果一些建筑因为其自身高度过高，则会导致其结构的抵抗力不足，风力对结构的影响力也会随之增大，在这个过程中，可以对风力移动速度最快时产生的动力忽略不计。针对一些动力产生的影响来看，我们会对最高点的速度进行记录并作为参考。在输电线路杆塔中，杆塔的结构一般都位于高空部位，其和地面的距离都十分大，基于此，对于风荷载和风对结构的作用都可以通过风洞检测来进行确认，进而来使这个结构更加的稳固。

（二）风和杆塔刚度

在对输电线路的杆塔结构进行设计时，要考虑多方面的因素，值得注意的是，要对普通风暴对结构的影响力做具体的分析，使杆塔结构能够抵抗暴风作用对其的影响，换句话说，就是需要杆塔结构在风力作用下产生一些移动和轻微形变时保持风的变化角度保持在一定的范围内。结合实际情况来看，除了风力对其产生的水平方向的作用力以外，其还会受到风力的垂直作用力。

在对杆塔结构进行设计的时候一定要综合全方面的因素进行考量，因为其承载结构的设计会对风荷载产生很大的影响，总的来说杆塔结构的设计决定了风荷载的设计［2］。在设计过程中，将杆塔位置设置的比较高的情况下，那么当风荷载比较小的时候能够表现出良好的状态，在杆塔本身结构加速度小的状态下没有任何影响，若其加速度稍大则会使杆塔结构出现轻微的弹力影响，在大风状态下此种现象更加明显，致使杆塔结构受到损伤。针对这种状况，给杆塔结构的垂直方向设置阻尼器能够有效的提高结构的抗压性，使整体结构的刚度得到提升。

二、风荷载的分析

国家电力的输送对经济的发展和人民的生活都有着至关重要的作用，这就要求输电线路能够正常的运作，由此可见杆塔结构的稳定安全在我国输电系统正常运转中有着不可替代的作用。根据我国的现实情况来看，相当一部分输电杆塔结构都处于人烟稀少的野外地区，而在这些结构中又有一大部分都属于高耸结构，由此可见使用相应的风荷载技术来对杆塔进行相应的设计具有重要的意义。然而，一些对于风荷载的建设并没有做出明确的规定，也没有产生相对应的计算方式。目前的计算使通过一些实践得出的。在风的作用力下，处于高耸结构中的输电杆塔结构很容易受其影响，杆塔的结构具有一定的灵活性，在一定的范围内对风的特点进行记录，把这个阶段每一个震动类型的发生率进行计算，进而计算出风荷载的相关动能反应。

（一）相关计算

对风的速度和风的压力的计算中，由于各个国家的环境不同，每个国家的计算方式都不尽相同，要考虑到季节和气候等各种因素，通过对风的速度和风的压力进行计算，得出二者之间的关系，进而对杆塔结构的风压进行计算得出相关的数据，这对杆塔结构的设计具有重要的作用。我国在对此进行计算时一般采用的计算公式为q。=V2/16［3］。

（二）最大风的时距

在对杆塔结构风荷载进行设计时，风速的选择会影响到整个结构的设计，对于平均风速和瞬时风速的选择一直都困扰着相关设计人员。通过全球各国的设计人员实验来看，就瞬时风速来说，其在广义上就是在短时间对风度进行测量，并计算在这段时间内的平均风速，由此看来瞬时风速事实上属于平均风速的一种，只是其整个时间比较短，在国际上通常将其称为阵风风速。对比气象站说的阵风速而言，其的计算方式是根据不同的特征进行计算的，因此二者没有关联性。在不同的国家对风速的测量标准也是不同的。

（三）风向变化系数

风向的变化对输电线路杆塔结构也有着不可忽视的影响，在对空气的动力系数进行计算时，要考虑到风向和线路自身承受的风压。一方面在风向和输电线路正对时，其产生的作用要通过对线路自身存在的风压乘以线路的结构系数，这样计算出的空气动力系数更加可靠，这个系数实际上也就是该结构对风产生的阻力系数。另一方面，当风与杆塔结构线路的夹角为β，通过相应的实验得知其职能产生正方向的风压，其大小为此夹角产生正面风压时的Sin2β，这个数据就是风向变化系数。在实际情况中，由于风压产生变化，其相应的系数也会产生变化，在其形状系数内，荷载的计算一般使β按照0度、45度、60度和90度来进行计算［4］。

（四）风荷载对比

在对杆塔结构风荷载进行设计的过程中，要对设计的各个方面进行分析，在对设计的标准指数使用换算对比法来进行相应的分析，进而对杆塔结构进行相应的检验，将杆塔结构的设计与理想中的设计进行相应的比较，进而判断出其具体性能。在使用换算对比法进行分析时，首先，在进行分析时要对风的作用力的概率和风吹向杆塔结构的时间间隔进行相应的转换，随后对风荷载进行对比，一般是通过风的变化来进行相应的转变的，因此其转换应根据风的变化来进行转换；

其次，对风压在弯道时的距离进行设定，在对风荷载进行计算时，避雷线对风的压力和输电线路对风的压力在地面上形成的弯矩超过总弯矩的3/5时及杆塔结构的弯矩和风的作用力产生的弯矩不到总弯矩的2/5时，对于杆塔的补充效率进行计算时一般假定为0.2；最后，对所有的数据进行整理，通过一定的计算来对数据进行相关的分析，对概率进行精确的换算，与此同时对风间隔时间的距离进行换算，在此基础上对相应的标准压力和对各个力的弯矩进行计算，对线路杆塔的稳定性、安全性和可容应力进行相应的比较。使相关的数据成为日后线路杆塔结构风荷载设计的重要参考依据［5］。

三、结束语

对于风荷载的计算来说，其在输电线路的设计中具有重要的意义，对于杆塔结构来说也有着重要的作用。因此应对输电线路杆塔结构风荷载的设计高度重视，在设计中要加强对其的严谨性，结合多方面因素进行分析，使电路系统能够安全稳定运行。相关工作人员在进行设计时也要具有与时俱进的精神，在原有的设计基础上进行创新，要对各方面进行全面分析，进而确保杆塔结构风荷载达到最佳，为电力的输送提供基础保障。

参考文献：

[1]刘晓敏,苗玉光.分析输电线路杆塔结构风荷载[J].电子制作,2013,17:246.

[2]吴靖宇.输电线路杆塔结构风荷载分析[J].中国新技术新产品,2013,15:29-30.

[3]冯云芬,贡金鑫,李宏男.输电线路杆塔构件可靠度校准[J].电力建设,2014,05:13-20.

[4]陈海波,廖宗高,肖洪伟.受风荷载控制的杆塔结构体系可靠度分析[J].电力建设,2007,07:40-42+45.

[5]沈银,邢现鹤.风荷载下输电线路杆塔动力可靠性分析[J].电子制作,2016,21:75+77.