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下击暴流是由雷暴天气中强下沉气流猛烈冲击地面形成并经地面传播的具有局地性、突发性、短时性的强风。下击暴流的破坏性极大,输电线等大跨柔性结构在该风场中的风致响应需要重点关注。由于下击暴流水平出流的壁面射流段所占面积更广,对结构造成破坏的概率更大,因此在壁面射流风场中研究输电线路风致响应能够较好地评估该结构在下击暴流风场中的安全性。目前壁面射流的研究中对于壁面粗糙度的考虑较少且多为低雷诺数的水流试验,不能有效应用于土木工程的实际设计中。对于输电线路的研究多是在平稳均匀风场中,对于下击暴流此类非稳态风场中输电线的响应研究还有所欠缺。对此本文主要做了以下内容:
1)通过对常规风洞加装壁面射流装置,实现对于壁面射流风场的模拟。通过铺装砂纸考虑壁面粗糙度的影响,设置三种出流速度,研究不同雷诺数下壁面粗糙对壁面射流风场特性的影响。分别从竖向平均风剖面、湍流度、雷诺应力、扩展率、最大速度衰减、壁面摩擦系数等方面分析粗糙度的影响效果。结果表明,壁面粗糙的存在会减小同一竖向剖面的最大风速并且增大最大风速所处高度,同时改变了风剖面的自相似曲线。在近壁面处,由于粗糙度会明显增大湍流度,但随着竖向高度的增大,其影响效果越来越弱。粗糙壁面的扩展率和最大速度衰减会明显大于光滑壁面。粗糙度会增大壁面摩擦系数且增长率会随顺流向距离的增大而增大。
2)将下击暴流中输电线的响应分为时变平均响应与动态响应,基于准定常假定采用坐标变换的方法推导不同高差下了输电线时变平均响应与脉动响应均方差的计算公式。根据试验数据所拟合的公式来模拟平均风速的竖向剖面,通过Davenport指数模型中给出的空间相干函数及Kaimal双边谱进行谐波叠加得到脉动风速,采用Homles提出的关于下击暴流的时间经验模型得到时变平均风速与脉动风速的时程曲线分别代入输电线时变平均响应与脉动响应均方差的计算公式中对下击暴流下输电线的风致响应进行分析计算。同时分析了输电线高差和地面粗糙度对输电线响应的影响。
3)运用ANSYS软件,分析结构几何非线性和气动阻尼对于下击暴流中输电线响应的影响,表明对于输电线此类大跨柔性结构,几何非线性与气动阻尼的影响不可忽略。与第三章中的分析计算结果进行对比,发现时域与解析解计算结果能够较好的吻合。同时考虑了输电线高差以及风向角的影响作用,发现在输电线位于不同竖向高度处,此两因素对输电线结构响应的影响程度相差较大。
1)通过对常规风洞加装壁面射流装置,实现对于壁面射流风场的模拟。通过铺装砂纸考虑壁面粗糙度的影响,设置三种出流速度,研究不同雷诺数下壁面粗糙对壁面射流风场特性的影响。分别从竖向平均风剖面、湍流度、雷诺应力、扩展率、最大速度衰减、壁面摩擦系数等方面分析粗糙度的影响效果。结果表明,壁面粗糙的存在会减小同一竖向剖面的最大风速并且增大最大风速所处高度,同时改变了风剖面的自相似曲线。在近壁面处,由于粗糙度会明显增大湍流度,但随着竖向高度的增大,其影响效果越来越弱。粗糙壁面的扩展率和最大速度衰减会明显大于光滑壁面。粗糙度会增大壁面摩擦系数且增长率会随顺流向距离的增大而增大。
2)将下击暴流中输电线的响应分为时变平均响应与动态响应,基于准定常假定采用坐标变换的方法推导不同高差下了输电线时变平均响应与脉动响应均方差的计算公式。根据试验数据所拟合的公式来模拟平均风速的竖向剖面,通过Davenport指数模型中给出的空间相干函数及Kaimal双边谱进行谐波叠加得到脉动风速,采用Homles提出的关于下击暴流的时间经验模型得到时变平均风速与脉动风速的时程曲线分别代入输电线时变平均响应与脉动响应均方差的计算公式中对下击暴流下输电线的风致响应进行分析计算。同时分析了输电线高差和地面粗糙度对输电线响应的影响。
3)运用ANSYS软件,分析结构几何非线性和气动阻尼对于下击暴流中输电线响应的影响,表明对于输电线此类大跨柔性结构,几何非线性与气动阻尼的影响不可忽略。与第三章中的分析计算结果进行对比,发现时域与解析解计算结果能够较好的吻合。同时考虑了输电线高差以及风向角的影响作用,发现在输电线位于不同竖向高度处,此两因素对输电线结构响应的影响程度相差较大。