一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及确定横担背风面荷载降低系数的方法，更具体涉及一种基于风洞试验 确定确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法。
【背景技术】：
[0002] 在《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》中，对于背风面荷载降低系数的规定较 为笼统，塔身与横担在所有风向角下均取为一个固定值。这就忽略了横担与塔身的外形差 异，以及风向角改变对背风面荷载降低系数造成的影响，而横担一般离地高度较大，风速较 高，背风面荷载降低系数的取值偏差对杆塔上风荷载计算精度的影响较大。因此，有必要借 助风洞试验，识别得到不同风向角下横担的背风面荷载降低系数，以提高杆塔风荷载计算 精度。为满足这种需求，本发明提出了一种基于风洞试验确定横担背风面荷载降低系数的 方法。
【发明内容】
：
[0003] 本发明的目的是提供一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，该方法 可提供基于风洞试验的更为准确的横担背风面荷载降低系数。
[0004] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种确定输电杆塔横担背风面荷载 降低系数的方法，所述方法基于风洞试验确定；所述方法包括以下步骤：
[0005] (1)制作风洞模型；
[0006] (2)分离横担风荷载；
[0007] (3)确定横担体型系数；
[0008] (4)确定横担迎风面体型系数；
[0009] (5)确定横担背风面体型系数；
[0010] (6)确定横担背风面荷载降低系数。
[0011] 本发明提供的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所述步骤（1) 的制作过程为：
[0012] 选定待测试的横担试验段；
[0013] 根据风洞试验段的断面尺寸和横担试验段尺寸，确定模型制作的几何缩尺比。
[0014] 本发明提供的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所述模型包括 将杆塔的塔身分成前后两个单片和横担分成前后左右四个单片；在所述塔身和横担的单片 上设有螺栓孔，便于采用不同的组合拼装方案对各个单片模型进行组装。
[0015] 本发明提供的另一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述模型的几何缩尺比小于等于1 :1〇。
[0016] 本发明提供的再一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述步骤（2)的横担风荷载通过塔身和横担的整体风荷载减去塔身的风荷载得到其作用的 真实风荷载。
[0017] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述步骤（3)中的横担体型系数通过下式确定：
[0018] μ s = CD = -Cxsin β -Cycos β
[0019] 其中，由于模型测力试验在均匀流场中进行，故阻力系数CD即为相应塔段的平均 体型系数y s;模型对应的体轴坐标系下的力系数cx、cy;i3为风洞试验的风向角。
[0020] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述模型对应的体轴坐标系下的力系数C x和Cy分别通过下式确定：
[0021] Cx = Fx/ (0. 5 P U2S)
[0022] Cy = Fy/ (0. 5 P U2S)
[0023] 其中，Fx、Fy为模型横担上对应的体轴坐标系下的真实风荷载；U为参考的来流风 速m/s ; P为空气密度kg/m3 ;S为模型参考面积m2 ;B为参考长度m。
[0024] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述步骤（4)中横担迎风面体型系数的确定过程为：
[0025] 确定在0°~90°范围内测定塔身和横担整体的单片模型在迎风工况下的风荷 载；
[0026] 确定在0°~90°范围内测定塔身单片模型在迎风工况下的风荷载；
[0027] 确定横担迎风面在体轴下的各个风向角的风荷载Fxl和Fyl ;
[0028] 确定体轴下的力系数Cxl、Cyl和横担在各个风向角下的迎风面体型系数C dmMB)。
[0029] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述在0°~90°范围内测定塔身和横担整体的单片模型在迎风工况下的风荷载的确定过 程为：
[0030] 将塔身和横担整体的一单片模型以一定间距固定在风洞偏角机构上，所述间距由 横担模型图纸确定固定在风洞偏角机构上；将塔身和横担整体的另一单片模型连接于固定 在风洞偏角机构上的测力天平上，两片模型相邻而不相接触从而进行测试；
[0031] 所述在0°~90°范围内测定塔身单片模型在迎风工况下的风荷载的确定过程 为：将塔身的一单片模型以一定间距固定在风洞偏角机构上，所述间距由横担模型图纸确 定固定在风洞偏角机构上，将另一塔身单片模型连接于固定在风洞偏角机构上测力天平 上，两片模型相邻而不相接触而进行测试；
[0032] 用塔身和横担整体的单片模型在迎风工况下的风荷载减去塔身单片模型在迎风 工况下的风荷载，得到横担迎风面在体轴下的各个风向角的风荷载F xl、Fyl ;
[0033] 通过所述步骤（3)确定得到体轴下的力系数Cxl、Cyl和横担在各个风向角下的迎 风面体型系数C d(迎顺)。
[0034] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述步骤（5)中横担背风面体型系数的确定过程为：
[0035] 确定在90°~180°范围内测定塔身和横担整体的单片模型在背风工况下的风 荷载；
[0036] 确定在90°~180°范围内测定塔身单片模型在迎风工况下的风荷载；
[0037] 确定横担迎风面在体轴下各个风向角的风荷载Fx2和Fy2 ;
[0038] 确定体轴下的力系数Cx2、Cy2和横担迎风面各个风向角体型系数CdmMB)。
[0039] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述在90°~180°范围内测定塔身和横担整体的单片模型在背风工况下的风荷载的确定 过程为：将塔身和横担整体的一单片模型以一定间距固定在风洞偏角机构上，所述间距由 横担模型图纸确定；将另一塔身和横担整体的单片模型连接于固定在风洞偏角机构上测力 天平上，两片模型相邻而不相接触从而进行测试；
[0040] 所述在90°~180°范围内测定塔身单片模型在迎风工况下的风荷载确定过程 为：将塔身的一单片模型以一定间距固定在风洞偏角机构上，所述间距由横担模型图纸确 定；将另一塔身单片模型连接于固定在风洞偏角机构上测力天平上，两片模型相邻而不相 接触从而进行测试；
[0041] 用塔身和横担整体的单片模型在迎风工况下的风荷载减去塔身单片模型在迎风 工况下的风荷载，得到横担迎风面在体轴下各个风向角的风荷载F x2和Fy2;
[0042] 通过所述步骤（3)得到体轴下的力系数Cx2、Cy2和横担迎风面各个风向角体型系 _ Cd(背风面）°
[0043] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述步骤出）中的横担背风面荷载降低系数通过下式确定：
[0044]
[0045] 其中，Cdmw)为横担迎风面各个风向角体型系数；Cdm_ }为横担迎风面各个风 向角体型系数。
[0046] 本发明提供的又一优选的一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法，所 述横担风荷载按在轴系中进行：〇度风偏角时Y轴正向指向来流，即此时模型受到的阻力为 正值；X轴垂直Y轴指向右。
[0047] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0048] 1、本发明提供了如何设计模型和风洞试验方案，并分别得到横担迎风面与背风面 体型系数；
[0049] 2、本发明根据横担背风面荷载降低系数的物理意义，给出了背风面荷载降低系数 计算公式，更好的考虑了横担型式及风向角对背风面荷载降低系数的影响；
[0050] 3、本发明较当前规范取值更为符合实际受力情况；
[0051] 4、本发明可提供基于风洞试验的更为准确的横担背风面荷载降低系数；
[0052] 5、本发明提高杆塔风荷载计算精度。
【附图说明】
[0053] 图1为本发明的体轴系及风向角的规定图；
[0054] 图2为本发明的横担模型尺寸图；
[0055] 图3为本发明的塔身和横担单片模型迎风面测力工况示意图；
[0056] 图4为本发明的塔身单片模型迎风面测力工况示意图；
[0057] 图5为本发明的塔身和横担单片模型背风面测力工况示意图；
[0058] 图6为本发明的塔身单片模型背风面测力工况示意图；
[0059] 1-单片横担模型测力段，2-单片横担模型干扰段，3-单片横担模型测力段，4-单 片横担模型干扰段，5-单片塔身模型测力段，6-单片塔身模型干扰段。
【具体实施方式】
[0060] 下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0061] 实施例1 :
[0062] 如图1-6所示，本例的发明一种确定输电杆塔横担背风面荷载降低系数的方法， 所述方法基于风洞试验确定；所述方法包括以下步骤：
[0063] 选取的横担总高度5. 05m，宽度11. 4m，鉴于过小的模型可能引入雷诺数效应，且 模型刚度和构件连接也会难于保证，因此，模型的几何缩尺比不宜大于1 :1〇。一般的风洞 试验段宽度为3m，高度为2. 5m，横担模型的宽度应当略小于2. 5m，据此确定模型几何缩尺 比为1:5,缩尺后的模型宽带为2. 28m，高度1.01m。横担模型尺寸如附图2所示。因塔身 与横担的风荷载需要分别测定，故需要将塔身与横担分开制作。因横担迎风面与背风面风 荷载也需要分别测定，故最终需要将塔身分成前后两个单片，横担分成前后左右四个单片， 并预留螺栓孔，便于风洞试验时采用不同的组合拼装方案对各个单片模型进行组装。按照 此缩尺比，对每根横担杆件进行缩尺后，以焊接方式分别制作两个单片塔身模型和四个单 片横担模型。在塔身模型和横担模型上的连接位置处预留螺栓孔位，按照试验需求进行模 型的组合拼装。
[0064] 因横