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输电线路风荷载计算的国际经验与借鉴 0 国内输电线路风荷载变化的研究可借鉴国协会 高压供电塔线是典型的风敏感结构。为了保证风负荷在高压下的结构安全运行，有必要研究供电线路的风负荷。 目前已经有一些研究人员对我国输电线路规范的风荷载同国外一些主要国家的输电线路规范的风荷载进行了比较,从整体上得出的结论主要是:相对于其他国家规范,我国规范的输电线路风荷载对高度变化比较敏感,当杆塔高度较低时,我国规范的杆塔风荷载和线条荷载与其他国家规范的结算结果均比较接近,当高度较大时(大于60 m),我国规范的计算结果较大。但GB 50009—2012《建筑结果荷载规范》2012年10月1日重新修订,实施后,使得直接输电线路风荷载计算时直接引用其相关规定的部分参数有了一定的变化,对输电线路风荷载的设计值影响较大。 本文将用我国规范的必威体育精装版规定重新与国外相关参数上的规定进行比较,并通过一个实际算例,对风荷载的数值以及变化趋势进行研究。希望可以让设计人员更清楚明了地认识国外输电线路风荷载的计算,同时能够为我国高压输电线路设计风荷载的合理修订提供一些客观的参考。 本文的探讨涉及以下几个国家(协会)的输电线路抗风设计规范:GB 50545—2010《110～750 kV架空送电线路设计技术规范》(简称GB 50545);IEC 60826—2003,即国际电工协会输电线路规范;ASCE 74—2009,即美国输电线路规范;JEC 127—1979,即日本输电线路规范。另外,由于GB 50545部分参数直接引用GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》相关规定,本文也将围绕新版建筑荷载规范(GB 50009—2012)中风压高度系数和风振系数的变动对输电线路设计风荷载的影响问题进行研究。 为方便比较各规范的风荷载,对于杆塔,只针对顺线路的风向;对于线条荷载,只针对垂直于顺线路的风向。 1 杆塔风荷载计算方法 GB 50545、IEC 60826、ASCE 74、JEC 127对输电线路的计算公式以及各个参数的说明如表1所示。从表1中可以看到,在计算杆塔风荷载时,4种规范都考虑了高度、结构体型和风的脉动作用3个方面的主要因素,只不过用不同的参数表达而已,比如IEC 60826将风压随高度变化以及风的脉动作用合在1个系数中考虑,而其他三者是分开单独考虑。计算线条荷载时,相比于杆塔荷载,需考虑风压在水平档距内不均匀分布的因素。 2 基本风压和负荷系数 2.1 平均年最大风速 各国规范的基本风压都是通过基本风速计算得到的,基本形式为W0=12ρv2W0=12ρv2。其中ρ为该地规定的一定温度、一定大气压下的空气密度;v是以当地在一定高度、一定时距下的平均年最大风速为样本,采用概率模型确定的一定重现期下的风速。 在基本风速的规定中:GB 50545、IEC 60826及JEC 127均按10 min时距、平坦开阔地貌下离地10 m高、重现期按50年确定;而ASCE 74规定按3 s时距、平坦开阔地貌下离地10 m高、重现期50年确定。 可以看到,在基本风速规定方面,ASCE与其他规范有着较大的不同,其统计风速采用的是时距为3 s的阵风风速,而3 s的阵风速度与10 min平均风速比是1.43∶1,所以ASCE采用的风速仅从这个方面看是比其他三者大许多。 2.2 与其他荷载系数比较 荷载系数是用来调整线路的安全等级的,除我国规范外,其他三者都是通过调整线路设计风速的重现期得到荷载系数。我国规范没有直接采用荷载系数的概念,与其相当的是结构重要性系数和计算设计值时的风荷载的荷载分项系数,这里把两者乘积作为荷载系数与其他3种规范进行比较,具体数值如表2所示。 另外,GB 50545中对输电线路的最小基本风速有规定:对于电压等级为500 kV及以上的超高压线路,10 m高处的基本风速不小于26.85 m/s;对于110～330 kV的线路,10 m高处的基本风速不小于23.4 m/s。对于我国大部分即将建设的特高压线路的内陆地区,不少区域的基本风速低于25 m/s,有了最小基本风速的规定,在没有考虑荷载系数1.4的情况下这些地区的设计风速就已经达到了比较高的安全等级。 我国各地气象台站风速统计的历史相差较大,结构加工制作水平有限,因此,最小基本风速的规定有其合理之处,但与此同时存在着不同地区同等重要性的线路安全等级差异较大的问题,同样有其不合理之处。 3 系数2 3.1 形个体杆塔 塔架的风荷载体型系数一般与构件的形状、塔架高宽比、风偏、周围遮蔽效应以及本身填充率有关,填充率也是其中最重要的因素。下面主要研究各国规范中填充率对体形系数的影响。为方便比较,只研究塔身截面为矩型(包括正方形)、构件为角钢的杆塔。 各国规范杆塔风荷载体型系数均与杆塔本身的填充率有很大关系,填充率