一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及確定橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，更具體涉及一種基于風(fēng)洞試驗(yàn) 確定確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》中，對(duì)于背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的規(guī)定較 為籠統(tǒng)，塔身與橫擔(dān)在所有風(fēng)向角下均取為一個(gè)固定值。這就忽略了橫擔(dān)與塔身的外形差 異，以及風(fēng)向角改變對(duì)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)造成的影響，而橫擔(dān)一般離地高度較大，風(fēng)速較 高，背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的取值偏差對(duì)桿塔上風(fēng)荷載計(jì)算精度的影響較大。因此，有必要借 助風(fēng)洞試驗(yàn)，識(shí)別得到不同風(fēng)向角下橫擔(dān)的背風(fēng)面荷載降低系數(shù)，以提高桿塔風(fēng)荷載計(jì)算 精度。為滿足這種需求，本發(fā)明提出了一種基于風(fēng)洞試驗(yàn)確定橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的 方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，該方法 可提供基于風(fēng)洞試驗(yàn)的更為準(zhǔn)確的橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載 降低系數(shù)的方法，所述方法基于風(fēng)洞試驗(yàn)確定；所述方法包括以下步驟：
[0005] (1)制作風(fēng)洞模型；
[0006] (2)分離橫擔(dān)風(fēng)荷載；
[0007] (3)確定橫擔(dān)體型系數(shù)；
[0008] (4)確定橫擔(dān)迎風(fēng)面體型系數(shù)；
[0009] (5)確定橫擔(dān)背風(fēng)面體型系數(shù)；
[0010] (6)確定橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)。
[0011] 本發(fā)明提供的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所述步驟（1) 的制作過程為：
[0012] 選定待測試的橫擔(dān)試驗(yàn)段；
[0013] 根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)段的斷面尺寸和橫擔(dān)試驗(yàn)段尺寸，確定模型制作的幾何縮尺比。
[0014] 本發(fā)明提供的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所述模型包括 將桿塔的塔身分成前后兩個(gè)單片和橫擔(dān)分成前后左右四個(gè)單片；在所述塔身和橫擔(dān)的單片 上設(shè)有螺栓孔，便于采用不同的組合拼裝方案對(duì)各個(gè)單片模型進(jìn)行組裝。
[0015] 本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述模型的幾何縮尺比小于等于1 :1〇。
[0016] 本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述步驟（2)的橫擔(dān)風(fēng)荷載通過塔身和橫擔(dān)的整體風(fēng)荷載減去塔身的風(fēng)荷載得到其作用的 真實(shí)風(fēng)荷載。
[0017] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述步驟（3)中的橫擔(dān)體型系數(shù)通過下式確定：
[0018] μ s = CD = -Cxsin β -Cycos β
[0019] 其中，由于模型測力試驗(yàn)在均勻流場中進(jìn)行，故阻力系數(shù)CD即為相應(yīng)塔段的平均 體型系數(shù)y s;模型對(duì)應(yīng)的體軸坐標(biāo)系下的力系數(shù)cx、cy;i3為風(fēng)洞試驗(yàn)的風(fēng)向角。
[0020] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述模型對(duì)應(yīng)的體軸坐標(biāo)系下的力系數(shù)C x和Cy分別通過下式確定：
[0021] Cx = Fx/ (0. 5 P U2S)
[0022] Cy = Fy/ (0. 5 P U2S)
[0023] 其中，F(xiàn)x、Fy為模型橫擔(dān)上對(duì)應(yīng)的體軸坐標(biāo)系下的真實(shí)風(fēng)荷載；U為參考的來流風(fēng) 速m/s ; P為空氣密度kg/m3 ;S為模型參考面積m2 ;B為參考長度m。
[0024] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述步驟（4)中橫擔(dān)迎風(fēng)面體型系數(shù)的確定過程為：
[0025] 確定在0°~90°范圍內(nèi)測定塔身和橫擔(dān)整體的單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷 載；
[0026] 確定在0°~90°范圍內(nèi)測定塔身單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載；
[0027] 確定橫擔(dān)迎風(fēng)面在體軸下的各個(gè)風(fēng)向角的風(fēng)荷載Fxl和Fyl ;
[0028] 確定體軸下的力系數(shù)Cxl、Cyl和橫擔(dān)在各個(gè)風(fēng)向角下的迎風(fēng)面體型系數(shù)C dmMB)。
[0029] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述在0°~90°范圍內(nèi)測定塔身和橫擔(dān)整體的單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載的確定過 程為：
[0030] 將塔身和橫擔(dān)整體的一單片模型以一定間距固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上，所述間距由 橫擔(dān)模型圖紙確定固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上；將塔身和橫擔(dān)整體的另一單片模型連接于固定 在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上的測力天平上，兩片模型相鄰而不相接觸從而進(jìn)行測試；
[0031] 所述在0°~90°范圍內(nèi)測定塔身單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載的確定過程 為：將塔身的一單片模型以一定間距固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上，所述間距由橫擔(dān)模型圖紙確 定固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上，將另一塔身單片模型連接于固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上測力天平 上，兩片模型相鄰而不相接觸而進(jìn)行測試；
[0032] 用塔身和橫擔(dān)整體的單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載減去塔身單片模型在迎風(fēng) 工況下的風(fēng)荷載，得到橫擔(dān)迎風(fēng)面在體軸下的各個(gè)風(fēng)向角的風(fēng)荷載F xl、Fyl ;
[0033] 通過所述步驟（3)確定得到體軸下的力系數(shù)Cxl、Cyl和橫擔(dān)在各個(gè)風(fēng)向角下的迎 風(fēng)面體型系數(shù)C d(迎順)。
[0034] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述步驟（5)中橫擔(dān)背風(fēng)面體型系數(shù)的確定過程為：
[0035] 確定在90°~180°范圍內(nèi)測定塔身和橫擔(dān)整體的單片模型在背風(fēng)工況下的風(fēng) 荷載；
[0036] 確定在90°~180°范圍內(nèi)測定塔身單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載；
[0037] 確定橫擔(dān)迎風(fēng)面在體軸下各個(gè)風(fēng)向角的風(fēng)荷載Fx2和Fy2 ;
[0038] 確定體軸下的力系數(shù)Cx2、Cy2和橫擔(dān)迎風(fēng)面各個(gè)風(fēng)向角體型系數(shù)CdmMB)。
[0039] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述在90°~180°范圍內(nèi)測定塔身和橫擔(dān)整體的單片模型在背風(fēng)工況下的風(fēng)荷載的確定 過程為：將塔身和橫擔(dān)整體的一單片模型以一定間距固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上，所述間距由 橫擔(dān)模型圖紙確定；將另一塔身和橫擔(dān)整體的單片模型連接于固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上測力 天平上，兩片模型相鄰而不相接觸從而進(jìn)行測試；
[0040] 所述在90°~180°范圍內(nèi)測定塔身單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載確定過程 為：將塔身的一單片模型以一定間距固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上，所述間距由橫擔(dān)模型圖紙確 定；將另一塔身單片模型連接于固定在風(fēng)洞偏角機(jī)構(gòu)上測力天平上，兩片模型相鄰而不相 接觸從而進(jìn)行測試；
[0041] 用塔身和橫擔(dān)整體的單片模型在迎風(fēng)工況下的風(fēng)荷載減去塔身單片模型在迎風(fēng) 工況下的風(fēng)荷載，得到橫擔(dān)迎風(fēng)面在體軸下各個(gè)風(fēng)向角的風(fēng)荷載F x2和Fy2;
[0042] 通過所述步驟（3)得到體軸下的力系數(shù)Cx2、Cy2和橫擔(dān)迎風(fēng)面各個(gè)風(fēng)向角體型系 _ Cd(背風(fēng)面）°
[0043] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述步驟出）中的橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)通過下式確定：
[0044]
[0045] 其中，Cdmw)為橫擔(dān)迎風(fēng)面各個(gè)風(fēng)向角體型系數(shù)；Cdm_ }為橫擔(dān)迎風(fēng)面各個(gè)風(fēng) 向角體型系數(shù)。
[0046] 本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法，所 述橫擔(dān)風(fēng)荷載按在軸系中進(jìn)行：〇度風(fēng)偏角時(shí)Y軸正向指向來流，即此時(shí)模型受到的阻力為 正值；X軸垂直Y軸指向右。
[0047] 和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果
[0048] 1、本發(fā)明提供了如何設(shè)計(jì)模型和風(fēng)洞試驗(yàn)方案，并分別得到橫擔(dān)迎風(fēng)面與背風(fēng)面 體型系數(shù)；
[0049] 2、本發(fā)明根據(jù)橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的物理意義，給出了背風(fēng)面荷載降低系數(shù) 計(jì)算公式，更好的考慮了橫擔(dān)型式及風(fēng)向角對(duì)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的影響；
[0050] 3、本發(fā)明較當(dāng)前規(guī)范取值更為符合實(shí)際受力情況；
[0051] 4、本發(fā)明可提供基于風(fēng)洞試驗(yàn)的更為準(zhǔn)確的橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)；
[0052] 5、本發(fā)明提高桿塔風(fēng)荷載計(jì)算精度。
【附圖說明】
[0053] 圖1為本發(fā)明的體軸系及風(fēng)向角的規(guī)定圖；
[0054] 圖2為本發(fā)明的橫擔(dān)模型尺寸圖；
[0055] 圖3為本發(fā)明的塔身和橫擔(dān)單片模型迎風(fēng)面測力工況示意圖；
[0056] 圖4為本發(fā)明的塔身單片模型迎風(fēng)面測力工況示意圖；
[0057] 圖5為本發(fā)明的塔身和橫擔(dān)單片模型背風(fēng)面測力工況示意圖；
[0058] 圖6為本發(fā)明的塔身單片模型背風(fēng)面測力工況示意圖；
[0059] 1-單片橫擔(dān)模型測力段，2-單片橫擔(dān)模型干擾段，3-單片橫擔(dān)模型測力段，4-單 片橫擔(dān)模型干擾段，5-單片塔身模型測力段，6-單片塔身模型干擾段。
【具體實(shí)施方式】
[0060] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0061] 實(shí)施例1 :
[0062] 如圖1-6所示，本例的發(fā)明一種確定輸電桿塔橫擔(dān)背風(fēng)面荷載降低系數(shù)的方法， 所述方法基于風(fēng)洞試驗(yàn)確定；所述方法包括以下步驟：
[0063] 選取的橫擔(dān)總高度5. 05m，寬度11. 4m，鑒于過小的模型可能引入雷諾數(shù)效應(yīng)，且 模型剛度和構(gòu)件連接也會(huì)難于保證，因此，模型的幾何縮尺比不宜大于1 :1〇。一般的風(fēng)洞 試驗(yàn)段寬度為3m，高度為2. 5m，橫擔(dān)模型的寬度應(yīng)當(dāng)略小于2. 5m，據(jù)此確定模型幾何縮尺 比為1:5,縮尺后的模型寬帶為2. 28m，高度1.01m。橫擔(dān)模型尺寸如附圖2所示。因塔身 與橫擔(dān)的風(fēng)荷載需要分別測定，故需要將塔身與橫擔(dān)分開制作。因橫擔(dān)迎風(fēng)面與背風(fēng)面風(fēng) 荷載也需要分別測定，故最終需要將塔身分成前后兩個(gè)單片，橫擔(dān)分成前后左右四個(gè)單片， 并預(yù)留螺栓孔，便于風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)采用不同的組合拼裝方案對(duì)各個(gè)單片模型進(jìn)行組裝。按照 此縮尺比，對(duì)每根橫擔(dān)桿件進(jìn)行縮尺后，以焊接方式分別制作兩個(gè)單片塔身模型和四個(gè)單 片橫擔(dān)模型。在塔身模型和橫擔(dān)模型上的連接位置處預(yù)留螺栓孔位，按照試驗(yàn)需求進(jìn)行模 型的組合拼裝。
[0064] 因橫