matlab怎么编写风雨荷载时程,风雨荷载作用下输电塔动力响应分析

1引言高压输电塔作为输电线路重要的生命线工程,在风雨荷载共同作用下容易损伤甚至倒塌,这将导致供电系统的瘫痪,不仅严重地影响人们的生产建设、生活秩序,而且还会导致其他的次生灾害,给社会和人民生命财产安全造成严重的损失。高压输电塔是一种高耸柔性结构,对风雨荷载反应明显,尤其是风荷载反应特别敏感,所以对高压输电塔的动力响应研究已成为电力工程及土木工程界研究者所关注的热点问题。2课题背景与雨压强公式的建立2.1课题背景关于输电塔体系风雨振研究的现状,Savory等[1]研究了两种强风下输电塔的破坏形态,建立了两种模型,并分析了输电塔的动应力和破坏类型。Battista等[2]建立了输电塔线体系的有限元分析模型,在时域和频域两方面,分析了输电塔线体系的动力响应和稳定性。瞿伟廉等[3]对输电线路动力分析的多质点模型进行了研究,为输电塔模型的建立方法以及理论分析提供了依据。Ozono等[4]考虑到动力响应的差别,提出了两种输电塔体系计算模型。李宏男等[5-8]率先开展了高压输电塔线体系的反应研究,提出了输电塔-线体系的多质点模型,并将输电塔简化为具有多个集中质量的串联多自由度体系,用能量原理分析了输电塔-线体系的动力响应特性。刘群等[9]对500kV输电线路进行了实测,结果表明实测频率与不考虑塔线耦联的计算结果差别显著。张朝阳等[10]认为导线的抗弯刚度对低频振动的影响很小,以此推导了无抗弯刚度弹性浅悬链线的平面上下振动微分方程及其一般解,并用该解求得一般传递矩阵。2.2改进的雨荷载压强公式建立雨滴速度在与结构碰撞的极短时间内变为零,这是一个动量变化的过程,雨滴与结构之间的相互作用过程遵循牛顿第二定律。据此定律,计算出雨滴在风荷载作用下冲击到结构上的冲击力(合力)[11]:Fd=29D3nv2(1)式中,为雨滴密度,取=1.0kg/m3;D为雨滴直径;n为雨滴个数;v为风速,m/s。由于输电塔在风雨荷载共同作用下的顺风向位移主要取决于顺风向的作用力,即需求得水平作用力,那么需要求出冲击力(合力)与水平方向的夹角值。为力F与合力的夹角(图1),雨滴在作用到结构时的夹角与所受外力有关,而雨滴所受外力只有风的压力和雨滴自身的重力,由此可以算出雨滴作用到结构表面与水平方向的夹角。图1雨滴受力分析图Fig.1Raindropstressanalysisfigure假定雨滴为球形,则雨滴在竖直方向所受重力为mg=0v0g(2)式中,m为雨滴质量;0为雨滴密度,取0=1.0kg/m3;v0为雨滴的体积,v0=16D3,D为雨滴直径;g为重力加速度,取g=9.8m/s2。根据空气动力学研究,近地风风速与风压的基本关系为[11]=12gv2(3)式中,为单位面积上风力的大小,N/m2;为空气容重,取=0.012kN/m3;g为重力加速度,取g=9.8m/s2;v为风速,m/s。风压力F=A,其中A为球形面积,A=14D2,则F=18D2gv2(4)所以得出:=cos(arctanmg)F(5)因此,改进的雨压强公式为Fp=29D3n2cos(arctanmg)F(6)式中,为雨滴密度,取=1.0kg/m3;D为雨滴直径;n为雨滴个数;v为风速;mg,F根据式(2)和式(4)求出。3MATLAB语言编程3.1脉动风模拟3.1.1风的分类根据大量的实测资料,在风的顺风向时程曲线中,包含两种成分:一种是长周期部分,其周期常在10min以上;另一种是短周期部分,常只有几秒左右。根据上述两种成分,实用中常把风分为平均风和脉动风来加以分析[12]。3.1.2风的模拟方法取脉动风顺风向水平风

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