输电线路杆塔结构风荷载分析

输电线路杆塔结构风荷载分析

韦加相

关键词：输电线路；杆塔；结构；风荷载分析；

在高压电网的建设使用过程中，风荷载对线路的正常生产运行造成了很大的影响，风荷载分析越来越被相关从业人员所重视，其分析的准确性直接关系到输电线路运行的安全与否，因此在输电线路建设过程中应加大对输电线路杆塔结构风荷载设计的关注程度，通过采用合理的措施减少因在输电线路杆塔结构设计过程中风荷载考虑不当而造成的输电线路杆塔结构问题的出现，进而提高输电线路杆塔的建设水平。

1.风荷载概述

风荷载，顾名思义是指大气流动对建筑物或构筑物所产生的应力作用，风荷载的大小一般与建筑物后构筑物的外型、高度、地理位置等条件有关。作用于建筑物或构筑物上的风压一般可以通过采用实测及风洞试验的方法进行测试其大小，但对于比较重要未建设完成的建筑物或构筑物不仅需要进行实物风洞试验而且需要以建筑物为中心进行粗糙的模型试验。对于高度较高的建筑物、构筑物或对风荷载有一定要求的结构在对其结构设计时应充分考虑风荷载的作用并应在符合设计规范的前提下适当提高设计强度，以保证其使用安全性。风荷载参数主要包括基本风压、平均时距、风压高度变化系数、地面粗糙度、风速廓线、风荷载体型系数以及风振。

2.风荷载对输电线路杆塔的影响

风荷载在输电线路杆塔结构设计中有着重要影响，应采取科学的方法对输电线路杆塔风荷载进行合理的计算，以保证输电线路杆塔结构设计的安全性及适用性。在对输电线路进行结构设计时，应着重做好风荷载对输电线路杆塔产生结构位移及风荷载对输电线路杆塔的刚度两方面的分析工作。

（1）风速会使输电线路杆塔产生结构位移

风荷载对输电线路杆塔的作用一般是无规律、无法进行预测的，属于不可抗力因素的一种。通常来说建筑物或构筑物高度不高、外立面较规则或低于规范高度的风荷载计算采用风荷载规范进行结构内力和位移的确定，其他建筑物或构筑物可根据风荷载计算规范的计算方法进行风荷载值的确定。对于高层建筑物或构筑物而言，随着高度的不断增加，风荷载也会逐渐增大，此时由荷载效应造成的位移增加过快因现象不可忽略，应采用经验公式的方法进行顶点速度效果的估算。对于输电线路杆塔而言，其电线及支撑所处位置较高，所受拉力及重力较大，风荷载对输电线路杆塔产生结构位移可以通过风洞试验来进行确定[1]。

（2）风荷载对输电线路杆塔的刚度影响

输电线路杆塔结构风荷载设计主要是在考虑结构承载力的设计的基础上考虑外界自然因素（风荷载）对输电线路杆塔正常使用功能所造成的影响，保证输电线路杆塔能在风暴作用下其结构的弹性和位移状态能够保证风有-100至+100度的角度变化，当在风荷载作用下加速度小于0.005g时，其自身结构不受影响。当在风荷载作用下加速度大于0.015g时，输电线路杆塔受到一定的外力作用，进而导致杆塔的加速度增大，严重则会导致输电线路杆塔造成破坏[1]。

3.输电线路杆塔结构的风荷载分析

输电线路杆塔是输电线路建设过程中的重要环节，其施工质量直接关系着输电工程项目的成败，具有十分重要的现实意义。由于输电工程的特殊性，输电线路杆塔一般设置在山岭之中，其受到的风荷载作用较为复杂，所以对风荷载的计算就显得尤为重要。此外由于输电线路杆塔属于高柔性结构，在风荷载作用下会产生一定程度对的位移或变形，进而引起动力反应。所以在对输电线路杆进行风荷载分析时应将其划分为多个受力结构，在风荷载作用时应所划分的受力结构的分何在进行累加，按静力方法求各截面所受的力，最后汇总求得总内力[1]。

1）输电线路杆塔结构风压的计算

在进行输电线路杆塔结构风压与风速的关系的计算时很多国家采用的是风压=风速2/16（其中风压的单位是kgf/m。风速的单位是m/s）。其他一些采用英式单位的国家一般采用风压=0.0025风速2或是风压=0.0026风速2（其中风压的单位是psf。风速的单位是mph）。在进行输电线路杆塔线路风压计算时，美国、巴基斯坦一般采用风压=0.0025风速2，输电杆塔所使用的材料为角钢时，则采用风压=0.004风速来进行计算[1]。

2）输电线路杆塔结构最大风时距的计算

在进行输电线路杆塔结构最大风时距的计算时对瞬间风速和平均风速的选取是最重要的问题。瞬间风速是指在某一时点或非常短的时间段内（2s、5s或10s平均最大风速）的平均风速。平均风速是某莫地区某段时间内的平均风速[1]。不同国家地区对最大风速的取值也是不同的，在进行输电线路杆塔结构最大风时距的计算时应根据各地区的实际情况进行风选类别的选取及使用[2]。

3）输电线路杆塔结构风向变化系数

在进行输电线路杆塔结构风向变化系数确定时应将风向和线路正交时的风压乘以空气动力系数。当风向与输电线路间的角度为θ时，所形成的风向变化系数为正交方向的风压力、风压大小的sin2θ，θ一般按0°、45°、60°、90°进行计算[3]。

4）风荷载的比较

在进行风荷载的比较时应着重从标准设计方面对输电线路杆塔结构进行比较，通过采用合理的方法作出判断[4]。具体步骤如下：首先对最大风时距和概率进行转换，将不同时点的风时距进行比较、转换。其次，假定风压弯矩比。在进行风荷载比较计算时，假设输电线路对地面为总弯矩的百分之六十，塔弯矩风压力为总弯矩百分之四十时，塔填充率应按0.2进行计算。最后，进行风荷载的比较，根据所得到的风荷载数据，进行换算、确定路线杆塔的总弯矩[1]。

结语

风荷载分析是输电线路杆塔结构设计中的关键工作，直接关系到输电线路项目成本和进度，决定着项目的成败。本文首先介绍了风荷载对输电线路杆塔的影响，明确了风荷载分析的重要性。然后从输电线路杆塔结构风压的计算、输电线路杆塔结构最大风时距的计算、风向变化系数及风荷载的比较等方面对输电线路杆塔结构风荷载进行了分析。在进行输电路杆塔结构风荷载分析时相关工作人员应结合项目实际情况，本着实事求是的态度进行工作，以保证输电线路杆塔结构风荷载分析的科学合理性。

参考文献：

[1]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》2013,08,10;28-30.

[2]ChandlerAM，Mendis，PA.PerformanceofreinforcedconcreteframesusingforceanddIsplacementbasedseismicassessmentmethods.EngineeringStructures，2000.

[3]BallioG，MeberiniF，SolariG.A60yearold100mhighsteeltower:limitstatesunderwindaction.JournalofWindEngineeringandIndustrialAerodynamics，1992.

[4]肖洪伟,李喜来,廖宗高,唐国安,段松涛。输电线路风荷载调整系数（风振系数）计算探讨[J].电力建设，2007,09:33-38.