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浙江大学学报(工学版)
浙江大学学报(工学版)  2020, Vol. 54 Issue (9): 1658-1665    DOI: 10.3785/j.issn.1008-973X.2020.09.001
土木与交通工程     
输电线顺线路方向风荷载及分配模式
沈国辉1(),包玉南1,郭勇2,宋刚2,王轶文2
1. 浙江大学 结构工程研究所，浙江 杭州 310058
2. 浙江省电力设计院，浙江 杭州 310007
Along-line wind loads and distribution patterns of transmission lines
Guo-hui SHEN1(),Yu-nan BAO1,Yong GUO2,Gang SONG2,Yi-wen WANG2
1. Institute of Structural Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China
2. Electric Power Design Institute of Zhejiang Province, Hangzhou 310007, China
 全文: PDF(1482 KB)   HTML
摘要：

采用风洞试验，结合有限元分析方法，研究输电线顺线路方向的风荷载和作用模式；研发弧形输电线风荷载的风洞试验测试装置；获得2种典型垂跨比输电线的顺线路方向比例系数；通过2个实例对比输电线顺线路方向风荷载的3种分配模式，给出输电线顺线路方向风荷载和分配模式的建议. 研究表明，各国规范中只有中国规范给出了顺线路方向风荷载的规定；垂跨比为4%和8%的输电线顺线向荷载比例系数均低于0.15，中国规范取值（0.25）偏保守；按投影高度和按规范中拉索体型系数的分配结果基本一致；按弧长分配会比按其他2种方法获得更大的竖向位移和水平位移，增大幅度约为12%；顺线路方向的比例系数建议取0.10（常规输电线）或0.12（大跨越输电线）；顺线路方向的风荷载建议采用按投影高度进行分配.
关键词： 输电线;  风荷载;  顺线路方向;  风洞试验;  有限元分析    
Abstract:

Wind tunnel tests and finite element analysis methods were employed to obtain along-line wind loads and distribution patterns of transmission lines. The testing facilities were developed to measure the wind forces of curved transmission lines in a wind tunnel. Along-line wind load proportional coefficients of transmission lines with two typical rise-span ratios were obtained. Three distribution patterns of along-line wind loads of transmission lines were compared through two cases. Finally, suggestions for along-line wind load and distribution patterns of transmission lines were given. Results show that only the Chinese codes specify the wind loads of transmission line in the along-line direction. The along-line wind load proportional coefficients of two transmission lines with rise-span ratios of 4% and 8% are both less than 0.15, and a recommended value of 0.25 in the Chinese codes is conservative. The distribution patterns based on projection heights and body shape coefficients of cables regulated in the Chinese code are almost the same. The distribution pattern based on arc lengths results in larger vertical and horizontal displacements compared with the other two patterns, with an increasing value of about 12%. The along-line wind load proportional coefficient is suggested to be 0.10 for regular or 0.12 for long-span transmission lines. And the distribution pattern of along-line wind loads is suggested to be distributed by projection heights.
Key words: transmission line    wind loads    along-line direction    wind tunnel test    finite element analysis
收稿日期: 2019-08-14 出版日期: 2020-09-22
CLC:  TU 312  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目（51838012）
作者简介: 沈国辉（1977—），男，副教授，博士，从事结构风工程和结构计算分析研究. orcid.org/0000-0002-3528-4117. E-mail： ghshen@zju.edu.cn
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沈国辉
包玉南
郭勇
宋刚
王轶文

引用本文:

沈国辉,包玉南,郭勇,宋刚,王轶文. 输电线顺线路方向风荷载及分配模式[J]. 浙江大学学报(工学版), 2020, 54(9): 1658-1665.

Guo-hui SHEN,Yu-nan BAO,Yong GUO,Gang SONG,Yi-wen WANG. Along-line wind loads and distribution patterns of transmission lines. Journal of ZheJiang University (Engineering Science), 2020, 54(9): 1658-1665.

链接本文:

http://www.zjujournals.com/eng/CN/10.3785/j.issn.1008-973X.2020.09.001    或    http://www.zjujournals.com/eng/CN/Y2020/V54/I9/1658

θ/（°） X Y θ/（°） X Y
0 0 0.25WX 60 0.75WX 0
45 0.50WX 0.15WX 90 WX 0
表 1  角度风作用下的输电线风荷载
规范 体型系数 面积 横线路分配系数 WY
DL/T 5551-2018 1.0或1.1 dLp sin2 θ 0.25WX
DL/T 5154-2012 1.1或1.2 dLp sin2 θ 0.25WX
IEC60826-2003 1.0 dL sin2 θ –
ASCE74-2009 1.0 A cos2 ψ –
EN 50341-1: 2001 1.2 dL cos2 ? –
JEC127-1979 1.2 A sin2 θ –
表 2  各国规范中的输电线风荷载计算方法
图 1  输电线风荷载方向示意图
图 2  输电线试件的试验布置
图 3  来流为均匀流时弧形导线的阻力系数
图 4  试验获得的顺线路方向比例系数
图 5  按弧长平均分配
图 6  竖直投影高度分配模式
γ/(°) μsX μsY γ/(°) μsX μsY
0 0.00 0.00 50 0.60 0.40
10 0.05 0.05 60 0.85 0.40
20 0.10 0.10 70 1.10 0.3
30 0.20 0.25 80 1.20 0.20
40 0.35 0.40 90 1.25 0.00
表 3  拉索的体型系数
图 7  荷载规范中拉索的风荷载方向定义
图 8  按荷载规范拉索体型系数分配示意图
参数 数值 单位
弧垂 12.53 m
档距 300 m
运行张力 18 150.2 N
垂跨比 4.18 %
弹性模量 62 000 MPa
截面积 666.55 mm2
直径 33.6 mm
单位长度重量 20.168 4 N/m
表 4  某300 m跨输电线路的设计参数
图 9  300 m跨线路顺线路方向的风荷载分配
图 10  300 m跨输电线的位移对比图
图 11  300 m跨输电线的轴力对比图
方法 FN / N uY / mm uZ / mm
按弧长分配 18 170.2 26.7 10.7
按投影高度分配 18 173.1 23.4 8.7
按拉索体型系数分配 18 173.1 23.5 8.7
表 5  300 m跨输电线跨中各风荷载计算结果
参数 数值 单位
弧垂 207.39 m
档距 2654 m
垂跨比 7.81 %
运行张力 10 1083 N
弹性模量 141 300.0 MPa
截面积 376.62 Mm2
直径 25.2 mm
单位长度重量 23.620 3 N/m
运行张力 101 083 N
表 6  某2654m跨输电线路的设计参数
图 12  2 654 m跨输电线的顺线向风荷载分配
图 13  2654 m跨输电线的位移对比图
图 14  2654 m跨输电线的轴力对比图
方法 FN / N uY / mm uZ / mm
按弧长分配 101 113.7 978.8 157.4
按投影高度分配 101 104.5 858.7 106.1
按拉索体型系数分配 101 105.6 861.8 107.2
表 7  2 654 m跨输电线跨中各风荷载计算结果
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