[發(fā)明專利]基于塔線耦合影響因子的輸電塔共振響應的等效阻尼系數(shù)計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010247200.2
• 申請日: 2020-03-31
• 公開（公告）號: CN111506945B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發(fā)明（設計）人: 趙爽;晏致濤
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶科技學院
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20;G06Q50/06;G06Q50/08
• 代理公司: 重慶為信知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 50216
• 代理人: 王海榮

1.一種基于塔線耦合影響因子的輸電塔共振響應的等效阻尼系數(shù)計算方法，其特征在于具體步驟為：

S1：基于塔線體系的布置方案和物理參數(shù)，構(gòu)建塔線體系計算模型，并得到塔線體系計算模型圖；

S2：設定導線和絕緣子串振動的假設條件，得到的塔線體系中導線和絕緣子串的振型圖以及迎風面、背風面導線和絕緣子串的廣義質(zhì)量、廣義剛度和廣義阻尼；并將塔線體系中導線和絕緣子串組合形成索結(jié)構(gòu)體系；

S3：將步驟S2得到的數(shù)據(jù)構(gòu)建索結(jié)構(gòu)體系結(jié)合桿塔結(jié)構(gòu)組成塔線耦合簡化計算模型；

S4：基于桿塔結(jié)構(gòu)組成塔線耦合簡化計算模型，求取塔線體系下桿塔順風向位移的共振分量的均方值和單塔時桿塔順風向位移共振分量的均方值；從而得到二者的比例式；

S5：基于步驟S4得到的計算公式，推導懸掛導線后塔線等效阻尼系數(shù)的計算公式，并計算得出對應的塔線等效阻尼系數(shù)；

在步驟S1中，所述塔線體系計算模型中的桿塔為密實結(jié)構(gòu)，塔身為正方形的變截面，由下至上尺寸變小，橫擔為等截面；

所述塔線體系計算模型中的導線兩端等高，與固定鉸支座連接；

所述塔線體系計算模型中的桿塔高度為H，橫擔懸臂長度為l_ca，絕緣子長度為l_in，導線跨度為L；導線掛點無高差；

所述導線和絕緣子串振動的假設條件為：迎風面和背風面的導線在風荷載下的振動同步；絕緣子串的頻率和阻尼比由導線控制，與導線的一致；

所述迎風面、背風面導線的廣義質(zhì)量計算公式為：

所述迎風面、背風面導線的廣義剛度計算公式為：

所述迎風面、背風面導線的廣義阻尼計算公式為：

m_c為單根導線單位線長的質(zhì)量；單根導線振型-L≤y≤L；γ_g為導線的自重比載；σ₀為導線的水平初應力；ζ_c＝ζ_sc+ζ_ac；ζ_sc為導線結(jié)構(gòu)阻尼比；ζ_ac為導線啟動阻尼比；N_c為分裂導線的個數(shù)；T_w為平均風狀態(tài)下單根導線的水平張力；ζ_c為導線阻尼比；

所述迎風面、背風面絕緣子串的廣義質(zhì)量計算公式為：

所述迎風面、背風面絕緣子串的廣義剛度計算公式為：

所述迎風面、背風面絕緣子串的廣義阻尼計算公式為：

其中，m_in為絕緣子串單位高度質(zhì)量；絕緣子串振型H-l_in≤z≤H；ζ_in為絕緣子串阻尼比；l_in為絕緣子長度；其中，索結(jié)構(gòu)體系對應的廣義質(zhì)量、廣義剛度和廣義阻尼的計算公式為：

步驟S4中所述塔線體系下桿塔順風向位移的共振分量的均方值的計算公式為：

其中，

桿塔1階模態(tài)的振型φ_t(z)＝(z/H)²，0≤z≤H；

為桿塔的廣義質(zhì)量，M_ca為橫擔的質(zhì)量，m_t(z)為隨高度變化的桿塔單位高度質(zhì)量；

coh(z₁,z₂)為z₁和z₂高度處兩點的脈動風速的相干函數(shù)；

S_f(n_t)為歸一化風速譜，n_t為桿塔脈動風速的頻率；

為索結(jié)構(gòu)與桿塔的廣義質(zhì)量比值，

λ_n為索結(jié)構(gòu)與桿塔的頻率比值；λ_n＝n_ci/n_t；導線懸掛于桿塔的頂部，

ζ_t為總阻尼比；ζ_t＝ζ_st+ζ_at；ζ_st為桿塔結(jié)構(gòu)阻尼比；ω_t為桿塔無阻尼振動的圓頻率；ζ_ci為索結(jié)構(gòu)總阻尼比，近似于取導線阻尼比，ζ_ci≈ζ_c，ζ_c＝ζ_sc+ζ_ac；

ρ_a為空氣密度，μ_s(z)為風壓隨高度變化系數(shù)；b_s(z)為隨高度變化的迎風面寬度；隨高度變化的平均風速，σ_v'為脈動風速的標準差；

ζ_at為桿塔氣動阻尼比；A_s,ca為橫擔的擋風面積；

所述單塔時桿塔順風向位移共振分量的均方值為：

其中，

所述塔線體系下桿塔順風向位移的共振分量和所述單塔時桿塔順風向位移共振分量的比例式為：

步驟S5中推導懸掛導線后塔線等效阻尼系數(shù)的計算公式的步驟為：

懸掛導線后桿塔的等效阻尼比為：

其中，ρ與ζ_e的關(guān)系為：

對于輸電塔線體系而言，索結(jié)構(gòu)為柔性體系，卓越頻率小于桿塔的頻率；則忽略λ_n的高階項；

桿塔的阻尼比為0.01，索結(jié)構(gòu)的阻尼比小于1，則忽略項；

導線懸掛于桿塔的頂部，

故懸掛導線后桿塔的等效阻尼比的計算公式為：