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非高斯风作用下输电塔极值响应研究

常国财  
【摘要】:风灾是输电线塔的主要灾害作用,我国输电塔的设计规范中,脉动风都假定为平稳高斯的随机过程。对于开阔地带的大气边界层风,这种假定是合理的。但是实测数据表明,在一些复杂地形如山区、丘陵地区,脉动风具有很明显的非高斯特性。准确描述荷载的概率特征并计算出结构的长期极值响应是基于性能的结构设计的必要条件,但是目前输电塔的设计规范中并没有体现出这一点。本文研究高斯风场和非高斯风场作用下输电塔结构的极值响应,主要做了以下工作:采用谱表示法模拟了顺风向的高斯风场,根据指定的非高斯脉动风的功率谱密度、偏度和峰度,采用转换过程理论模拟非高斯风场,其中转换方程采用Hermite模型。本文模拟了多个平均风速下的脉动风时程,每个平均风速下模拟50个样本以便于统计分析。以某500kv输电塔为例,使用ANSYS建立有限元模型,根据得到的风速时程计算出风荷载加载到结构上进行瞬态分析。计算出响应的功率谱、均值、方差、偏度、峰度等,讨论风速对这些统计参数的影响,并将两种风场下的结果进行对比。采用全域最大值法和ACER法估算结构响应相对于平均风速的条件短期极值概率分布,结合平均风速的概率分布(Rayleigh分布)进一步得到结构的综合短期极值分布。利用该综合短期极值分布,在假定短期极值相互独立的基础上,可以分别得到结构响应在两种风场下给定重现期的极值,如50年一遇的极值在10mmin的短期极值分布中对应着3.8×10-7的超越概率。对比两种风场下的结果发现,非高斯风场引起的长期极值响应比高斯风场下的结果大。因此,准确描述风场的统计特性对输电塔的安全性非常重要。


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