電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種計(jì)算方法，更具體的說(shuō)是涉及一種電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)計(jì)算方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 受全球變暖的影響，以臺(tái)風(fēng)為代表的特殊氣候引起的風(fēng)災(zāi)現(xiàn)象在世界各地都有次 數(shù)增多、受災(zāi)程度加劇的趨勢(shì)。同時(shí)，近年來(lái)大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究結(jié)果表明，臺(tái)風(fēng)近地邊界 層風(fēng)環(huán)境特性不同于良態(tài)氣候模式。而輸電桿塔作為一種對(duì)風(fēng)荷載敏感的結(jié)構(gòu)，臺(tái)風(fēng)過(guò)境 地區(qū)輸電桿塔倒塌事故屢見(jiàn)不鮮。
[0003] 針對(duì)上述事故的調(diào)研分析表明，輸電線路損毀事故的發(fā)生與規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)風(fēng)速 取值偏小有關(guān)，有記錄的臺(tái)風(fēng)最大瞬時(shí)風(fēng)速甚至超過(guò)了 70m/s。臺(tái)風(fēng)極值風(fēng)速與常規(guī)風(fēng)極值 風(fēng)速之間存在較大差異，大多數(shù)荷載規(guī)范提供的設(shè)計(jì)風(fēng)速僅能較好的用于良態(tài)氣候下的抗 風(fēng)設(shè)計(jì)。因此，首要任務(wù)是比較臺(tái)風(fēng)與常規(guī)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)差異，明確臺(tái)風(fēng)作用下桿塔上作 用的風(fēng)荷載。在明確臺(tái)風(fēng)作用下桿塔上作用的風(fēng)荷載前提是需要有效的計(jì)算出臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng) 特性參數(shù)，然而現(xiàn)有并沒(méi)有很好的計(jì)算方法可以有效的計(jì)算出臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可以有效的計(jì)算出臺(tái)風(fēng)的 風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)，然后明確桿塔上作用的風(fēng)荷載的電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)計(jì)算方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案:一種電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)計(jì)算方 法，包括如下步驟：
[0006] 一、計(jì)算平均風(fēng)速與風(fēng)向角、風(fēng)攻角；
[0007] 二、計(jì)算平均風(fēng)剖面；
[0008] 三、計(jì)算陣風(fēng)因子；
[0009] 四、計(jì)算湍流度；
[0010] 五、列出脈動(dòng)風(fēng)功率譜；
[0011]六、根據(jù)上述得出參數(shù)得出臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)；
[0012] 七、根據(jù)步驟六得出的臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)計(jì)算出電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟一中的平均風(fēng)速包括水平平均風(fēng)速和垂直平 均風(fēng)速，其中，水平平均風(fēng)速U和垂直平均風(fēng)速W由下列公式計(jì)算得出：
[0014]
[0015] 上述公式中，U為水平平均風(fēng)速，u(t)為東方向上的風(fēng)速，v(t)為北方向上的風(fēng)速， W為垂直平均風(fēng)速，w(t)為垂直方向上的風(fēng)速；
[0016] 上述步驟一中的風(fēng)向角Θ由下列公式計(jì)算得出；
[0017]
[0018] θ = 270_β，當(dāng) 而 >0時(shí)，西南風(fēng)向；
[0019] θ = 9〇-β，當(dāng)"(/)<〇，ν'(/) <0.時(shí)，東北風(fēng)向；
[0020] θ = 270+β，當(dāng)"(/)> 0:，ν(/)< 0.時(shí)，西北風(fēng)向；
[0021] θ = 90+β，當(dāng)"_〖7) < 0, 7(7_) > 0 時(shí)，東南風(fēng)向；
[0022]式中，t為平均時(shí)間，β為中間角度；
[0023] 上述步驟一中的風(fēng)攻角為平均風(fēng)速與水平面之間的夾角，當(dāng)風(fēng)速的垂直分量豎直 向上時(shí)，風(fēng)攻角為正，反之為負(fù)。
[0024] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟二中的平均風(fēng)剖面由下列公式計(jì)算得出：
[0025] \~KJZ
飛'
[0026] 式中，u(z)表示離地高度ζ處的風(fēng)速;U(ZQ)表示離地高度ZQ處的風(fēng)速;其中這里的ζ 和zq表示高度值，α表示風(fēng)剖面系數(shù)。
[0027] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟三中的陣風(fēng)因子由下列公式計(jì)算得出：
[0028]
[0029] 式中，GN為陣風(fēng)因子，職叉沄,為最大瞬時(shí)風(fēng)速為l〇min始端內(nèi)所有3s時(shí)距平均風(fēng) 速的最大值，U為平均風(fēng)速。
[0030] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，上述步驟四中的端流度由下列公式計(jì)算得出：
[0031]
[0032] 式中〇u，~和~分別表示順風(fēng)向、水平橫風(fēng)向和豎向脈動(dòng)風(fēng)速u(t)、v(t)和w(t)的 根方差;Iu，Iv和Iw分別為順風(fēng)向、水平橫風(fēng)向和豎向湍流度。
[0033] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟五中的脈動(dòng)風(fēng)功率譜包括順風(fēng)向風(fēng)譜、橫風(fēng) 向風(fēng)譜和豎向風(fēng)譜。
[0034] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述順風(fēng)向風(fēng)譜包括：
[0035]
[0036]
[0037]
[0038]
[0039] 式中，Su(n，z)為風(fēng)譜，U*表示摩擦速度，
]1Q為10m高度處的平 均風(fēng)速，uz為高度Z處的平均風(fēng)速，Z為高度數(shù)值，η為系數(shù)。[0040] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述橫風(fēng)向風(fēng)譜包括：
[0041]
[0042]
[0043] 式中，Su(n，z)為風(fēng)譜，U*表示摩擦速度，
U1Q為10m高度處的平 均風(fēng)速，uz為高度Z處的平均風(fēng)速，Z為高度數(shù)值，η為系數(shù)。[0044] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述豎向風(fēng)譜包括：
[0045] f
[0046] -;
[0047] ；
[0048] 式中，Su(n，z)為風(fēng)譜，U*表示摩擦速度， 1()為l〇m高度處的平 均風(fēng)速，Uz為高度Z處的平均風(fēng)速，Z為高度數(shù)值，n73系雙。
[0049] 本發(fā)明具有以下有益效果:通過(guò)步驟一的設(shè)置就可以有效的計(jì)算出平均風(fēng)速與風(fēng) 向角、風(fēng)攻角，通過(guò)步驟二的設(shè)置就可以有效的計(jì)算出平均風(fēng)剖面，通過(guò)步驟三的設(shè)置就可 以有效的計(jì)算出陣風(fēng)因子，通過(guò)步驟四的設(shè)置就可以有效的計(jì)算湍流度，通過(guò)步驟五的設(shè) 置就可以有效的列出脈動(dòng)風(fēng)功率譜，而平均風(fēng)速與風(fēng)向角、風(fēng)攻角、平均風(fēng)剖面、陣風(fēng)因子、 湍流度、脈動(dòng)風(fēng)功率譜便是臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)參數(shù)，因而通過(guò)步驟六的設(shè)置就可以有效的臺(tái)風(fēng)的 風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)，由于桿塔風(fēng)荷載參數(shù)是與臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)的，因而通過(guò)步驟七的設(shè) 置就可以有效的計(jì)算出電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)了。
【具體實(shí)施方式】
[0050] 本實(shí)施例的一種電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)計(jì)算方法，其特征在于:包括如下步驟：
[0051] -、計(jì)算平均風(fēng)速與風(fēng)向角、風(fēng)攻角；
[0052]二、計(jì)算平均風(fēng)剖面；
[0053]三、計(jì)算陣風(fēng)因子；
[0054]四、計(jì)算湍流度；
[0055] 五、列出脈動(dòng)風(fēng)功率譜；
[0056]六、根據(jù)上述得出參數(shù)得出臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)；
[0057]七、根據(jù)步驟六得出的臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)計(jì)算出電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)，在計(jì)算 電力桿塔風(fēng)荷載參數(shù)的時(shí)候，首先計(jì)算平均風(fēng)速與風(fēng)向角、風(fēng)攻角;接著計(jì)算平均風(fēng)剖面； 然后計(jì)算陣風(fēng)因子;接著計(jì)算湍流度;最后列出脈動(dòng)風(fēng)功率譜;這樣就可以根據(jù)上述得出參 數(shù)得出臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù);進(jìn)而可以根據(jù)步驟六得出的臺(tái)風(fēng)的風(fēng)場(chǎng)特性參數(shù)計(jì)算出電力 桿塔風(fēng)荷載參數(shù)，這樣就能夠快速有效的計(jì)算出電力桿塔風(fēng)荷載的參數(shù)了，有效的防止了 臺(tái)風(fēng)對(duì)桿塔產(chǎn)生的災(zāi)害。
[0058]作為改進(jìn)的一種【具體實(shí)施方式】，上述步驟一中的平均風(fēng)速包括水平平均風(fēng)速和垂 直平均風(fēng)速，其中，水平平均風(fēng)速U和垂直平均風(fēng)速W由下列公式計(jì)算得出：
[0059]
[0060] 上述公式中，U為水平平均風(fēng)速，u(t)為東方向上的風(fēng)速，v(t)為北方向上的風(fēng)速， W為垂直平均風(fēng)速，W(t)為垂直方向上的風(fēng)速；
[0061] 上述步驟一中的風(fēng)向角Θ由下列公式計(jì)算得出；
[0062]
[0063]
[0064]
[0065]
[0066]
[0067]式中，t為平均時(shí)間，β為中間角度。
[0068] 上述步驟一中的風(fēng)攻角為平均風(fēng)速與水平面之間的夾角，當(dāng)風(fēng)速的垂直分量豎直 向上時(shí)，風(fēng)攻角為正，反之為負(fù)，通過(guò)公式將東方向上的平均風(fēng)速與北方向上的風(fēng)速進(jìn)行開(kāi) 根計(jì)算，這樣就可以有效的計(jì)算出水平方向上的平均風(fēng)速，接著再直接計(jì)算出垂直平均風(fēng) 速，將水平方向上的平均風(fēng)速和垂直方向上的平均風(fēng)速綜合，就可以有效的得出平均風(fēng)速， 通過(guò)將時(shí)間與風(fēng)速相結(jié)合通過(guò)公式就可以有效的計(jì)算出中間角度β，然后就可以通過(guò)中間 角度β有效的算出風(fēng)向角了，同時(shí)本實(shí)施例中的風(fēng)攻角為平均風(fēng)速與水平面之間的夾角，這 樣就可以有效的利用現(xiàn)有的數(shù)學(xué)公式有效的計(jì)算出風(fēng)攻角的角度。
[0069] 作為改進(jìn)的一種【具體實(shí)施方式】，上述步驟二中的平均風(fēng)剖面由下列公式計(jì)算得 出：
[0070]
[0071] 式中，u(z)表示離地高度ζ處的風(fēng)速;U(ZQ)表示離地高度ZQ處的風(fēng)速;其中這里的ζ 和zq表示高度值，α表示風(fēng)剖面系數(shù)，根據(jù)平均風(fēng)剖面的定義，平均風(fēng)速沿高度變化的規(guī)律， 因而通過(guò)上述公式，將各個(gè)高度的風(fēng)速進(jìn)行整個(gè)計(jì)算就可以有效的計(jì)算出平均風(fēng)剖面了。
[0072] 作為改進(jìn)的一