第３７卷第２６期　・４６・　２　０　１　１年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．２６　Ｓｅｐ．　２０１１　

文章编号：１００９－６８２５（２０１　１）２６—００４６—０３　

特高压输电塔脉动风场模拟分析　

郭启波　

摘要：运用谐波合成法对输电塔线体系进行了顺风向脉动风场模拟，通过对模拟脉动风的功率谱与目标功率谱的验　证，指出该方法能准确有效的模拟出符合要求的随机变量。　关键词：特高压，输电塔，脉动风场，模拟　中图分类号：ＴＵ３５２．２　文献标识码：Ａ　

０　引言　输电塔多为格构式塔线体系，与通常的结构风荷载作用模型　不同，由于缺乏相应的观测资料和试验结论，还没有得到普遍认　同的风荷载作用模型。格构式塔在风荷载作用下不仅发生顺风　向振动，而在横风向也会发生相同量级的振动。实际上，格构式　塔横风向动力风荷载的形成原因不是各个构件尾流中旋涡脱落　的一种简单集合，而是来流穿绕格构式塔架时，各构件尾流相互　干扰形成的某种较大尺度的尾流。由于目前条件的限制，现场实　测的脉动风速时程信号非常有限，并且项目建成前所取得的短期　风速记录资料未能考虑风速的空间相关性。用实测的风速时程　进行风振分析有一定的局限性，利用谐波合成法进行人工风速时　程的模拟能很好的解决这个问题。　１　三维空间脉动风场模拟　目前，国内外对脉动风速时程的模拟方法主要有三类。一类　是利用三角函数叠加的谐波合成法（ｗＡｗｓ）；第二类是基于数字　滤波技术的线性滤波法，如自回归算法（ＡＲ）、移动平均算法　（ＭＡ）及自回归移动平均算法（ＡＲＭＡ）等；第三类方法是利用小　波在时域和频域上同时具有良好局部化特性，采用离散小波变换　重构风速时程。　１．１谐波合成法　考虑一个一维ｒ／，变量的平稳高斯随机过程｛　（￡）｝（　＝１，２，…，　ｎ），其互相关函数矩阵为：　

Ｒ（　）＝　

互谱密度矩阵为　

Ｓ（∞）＝　Ｒｌ１（ｒ）　Ｒ２ｌ（７）　

Ｒ　１（７－）　

Ｓ１１（　）　Ｓ２１（∞）　

Ｓ　（∞）　Ｒ１２（ｒ）　（．ｒ）　

ＲＪＩ２（．ｒ）　

Ｓｌ２（　）　（∞）　

Ｓ　（　）　Ｒ１　（ｒ）　２　（Ｊｒ）　

Ｒ　（ｒ）　

Ｓｌ　（∞）　ｓ２　（∞）　

Ｓ　（山）　（２）　

互相关函数矩阵的元素与互谱密度矩阵的元素存在如合维　纳一辛钦（Ｗｉｅｎｅｒ－Ｋｈｉｎｔｃｈｉｎｅ）关系式：　（　）＝　Ｊ一　（ｒ）ｅ—ｄ　（３）　

＾∞　（ｒ）＝ｆ一　（∞）ｅ　幽　（４）　根据Ｓｈｉｎｏｚｕｋａ的理论，随机过程｛　（ｔ）｝的样本可由下式来　模拟：　，　Ｎ　删＝２　Ｉ　（　）ＩＣＯ８［ｇＯｚ，ｆ＿　）＋　］　

（５）　其中，Ⅳ为采样频率点数，理论上应有Ⅳ一。。，实际上Ⅳ为一　充分大的正整数即可保证模拟的精度，为了能在计算中使用ＦＦｖｒ　技术，一般Ⅳ＝２　，　为正整数；Ａｃｏ＝　／Ⅳ为频率增量，　为上　界截止频率，即当∞＞∞　时．ｓ（∞）＝０，０９　可用下式估算：　，‘‘　，　ｔ　ｆ　Ｓ（　）ｄｏ）＝（１一ｓ）Ｉ　Ｓ（　）ｄｏ）　（６）　Ｊ　０　Ｊ　０　其中，　《１，例如ｓ＝０．００１；　为均匀分布于［０，２叮Ｔ）区间的　随机相位角；∞　为频率：　１　＝（ｚ一÷）△　，∞ｊ　＝∞ｆ＋＆Ｊｆ，ｚ＝１，…，Ⅳ　（７）　厶　其中，鼬　为均匀分布于（一　ｒ／２，＆ｏ＇／２）的随机频率，　《　。　的引入是为了消除模拟随机过程的周期性，但它以牺牲　效率为代价，因而Ｊｅｆｆｒｉｅ建议最好不用随机频率措施；　（∞　）为ｓ（　）的Ｃｈｏｌｅｓｋｙ分解矩阵Ｈ（　）中的元素，即：　Ｓ（∞ｆ）＝Ｈ（∞ｆ）　（∞ｚ）　（８）　

日（　）＝　（　）０　…０　（　）　（　）…０　

（∞　）　（　）　…　（∞　）　（９）　

由于理论上｜ｓ（　）一般是复数矩阵，因此日（　）通常也是复数　矩阵，其对角元素为实数，非对角元素为复数。矿　（　）为Ｈ（　）　的共轭转置矩阵。矩阵日（　）的元素存在如下一些关系：　（　）＝一　（　）（Ｊ＝１，…，ｎ）　（１０）　（　ｆ）＝　（一∞　）（Ｊ＝２，…，ｎ；ｍ＝１，…，ｎ一１　＞ｍ）（１１）　（　）＝Ｉ　（∞ｊ）Ｉｅ　％　（　：２，…，ｎ；ｍ＝１，…，ｎ一１　＞ｍ）　（１２）　（　）为　（　）的幅角：　｛　）　（１３　

Ｉｍ和Ｒｅ分别表示取复数的实部和虚部。　为了避免模拟结果的失真现象，时间间隔　必须满足以下　关系式：　≤÷　（１４）　∞ｌ‘Ｄ　由以上分析可知，只要知道随机过程｛　（ｔ）｝的互谱密度矩阵　．ｓ（∞），选择适当的采样频率点数Ⅳ，上界截止频率　和采样时间　间隔　，就可以模拟出随机过程的时间历程。　

收稿日期：２０１１—０７．０８　作者简介：郭启波（１９８１一），男，华北电力大学工程硕士研究生，工程师，佛山供电局，广东佛山

５２８０００　第３７卷第２６期　２　０　１　１年９月　郭启波：特高压输电塔脉动风场模拟分析　・４７・　

可以证明，式（５）模拟随机过程的均值为零，相关函数和功率　谱密度随Ⅳ一＊而收敛到目标相关函数和目标功率谱。　为了运用ＦＦＩ＇技术，取　＝　为整数，则可以将式（５）改　ｒ　写为如下形式：　ｆＡｅａ　２　｛　（ｐ　唧［　（　）】）　

（Ｐ＝０，１，…，Ｍ一１　＝１，…，ｎ）　（１５）　Ｇｊ（ｐＡｔ）￣ｄ－Ｆ式给出，可通过ＦＦＴｒ进行计算：　Ｅ（ｐａｔ）＝　（ｚ　）ｅｘｐ（洳２　，ｆ）　（１６）　

其中，　』　（１ａｗ）：ｆ　（　）ｅｘ　ｆ＜Ｎ（１７）　【

０　Ｎ≤ｚ＜Ｍ　计算过程中的目标功率谱为双边功率谱，而实际风工程常用　的一般都是单边功率谱，在用以上方法进行脉动风速的模拟过程　中要将目标功率谱转换为双边谱。　１．２脉动风模拟实例　运用上节的谐波合成法，对某±８００　ｋＶ特高压直流输电塔线　体系进行了空间三维脉动风场模拟，主要参数见表１，衰减系数　，ｃ　，　分别取为８，１６，１０。模拟点数为６１个点，如图１所示。　表１　模拟脉动风速时程的计算参数　参数名称　值　参数名称　值　地面粗糙长度／ｍ　０．０ｌ　塔顶来流设计风速／ｍ・Ｓ一　４１．７２　１０ｉｎ高度平均风ｉ电／ｍ・ｓＩ１　３０　塔顶高度／ｍ　７８．５　截断频率／ｒａｄ・Ｓ一　４竹　模拟点数　６１　频率等分数　２　Ｏ４８　样本时间／ｓ　５１２　模拟时间间隔　０．１２５　风速谱　Ｋａｉｍａｌ　舢一一ｌ　口（　１ｎｎ　，。　ｆ甘　ｆ止昔士山　，止　：……　‘　…（１＋５ｏｆ．）　一　’　”　’　摩擦速度。　。＝０．３５ｉ　，铀为地表面粗糙长度；　为高度＝处的平均速　度　⑨　

４０Ｏ　．　６００　耐张塔　直线塔　耐张塔　图１塔线体系示意图　塔底和塔顶及中跨跨中点处三维脉动风速及功率谱密度如　图２，图３所示。　５０　—　４５　４０　３５　３Ｏ　２５　２０　０　１００　２ｏｏ　３Ｏ０　４０Ｏ　５００　０　１００　２００　３００　４ＯＯ　５００　时间／ｔ・ｓ　时间／ｔ・ｓ　ａ）第２８点顺风向　ｂ）第３８点顺风向　图２顺风向脉动风时程曲线　塔线体系中各点顺风向脉动风速时程曲线如图２所示。模　拟数据的统计分析表明，其统计特征检验符合假定条件。　为了验证模拟方法的有效性和可靠性，对模拟风速场的功率　谱与目标风速谱进行了检验，模拟点风速功率谱如图３所示。模　拟风速功率谱的谱线趋势与目标谱线是一致的，其谱线的总体均　值与目标谱也很接近。这表明，该方法能准确有效地模拟出符合　要求的三维多变量随机样本。　

囊１　茎至

　第３７卷第２６期　・４８・　２　０　１　１年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣ　ＩＵＲＥ　Ｖ０１．３７　ＮＯ．２６　Ｓｅｐ．　２０１１　

文章编号：１００９—６８２５（２０１　１）２６—００４８—０３　

相邻结构碰撞研究综述　

孙文成李伟　

摘要：主要介绍了结构碰撞的类型、实验和理论上的主要研究成果，并给出了避免和减轻结构碰撞的措施和建议及相　邻建筑碰撞灾害评估方法，对结构碰撞研究具有重要的指导意义和应用价值。　关键词：结构碰撞，碰撞类型，减轻碰撞　中图分类号：ＴＵ３１１　文献标识码：Ａ　

Ｏ　引言　已有的世界主要城市地震灾害调查结果表明，结构碰撞是导　致建筑破坏甚至倒塌的主要原因之一＿１　。　从１９８５年Ｍｅｘｉｃｏ　Ｃｉｔｙ地震后，有关相邻建筑之间的结构碰　撞问题引起了世界各国学术界和工程界的广泛关注，对该问题展　开了系统的试验研究和理论分析，并取得了一系列重要研究成　果　。但是，我国在这一方面的研究还比较少，随着城市化进程　的加快，加上土地资源的稀缺，城市中将出现大量相邻建筑，因此　在我国开展广泛而又深入的结构碰撞研究具有重要的理论研究　意义和工程应用价值。本文将简要介绍近年来国外有关相邻建　筑结构碰撞问题的一些主要研究方向和成果，并给出减小相邻建　筑结构碰撞影响的相关建议和相邻建筑碰撞灾害评估方法。　１　结构碰撞破坏特征及分类　结构碰撞是指地震作用下相邻结构之间的侧向撞击，通常认　为是相邻结构动力性能的差异导致地震时的非同步振动，质量或　是刚度上的不同引起不同频率的结构振动，结构间的防震缝宽度　无法满足这种地震振动状态的要求时，结构碰撞就会发生…。　根据大量地震灾害的调查结果，按照结构碰撞破坏产生的主　要原因分类，相邻结构碰撞引起的结构性破坏可分为以下５种主　要类型　：　１）柱中碰撞破坏。由于相邻结构的楼层标高的不同，其中某　一建筑的楼板或钢筋混凝土柱与另一建筑的钢筋混凝土柱在后　者的中间部位发生碰撞，导致遭受碰撞的柱子破坏失效，如图１ａ）　所示。　２）偏心碰撞破坏。在强震作用下，某一建筑的角部受到临近　建筑的撞击使楼层发生扭转运动，导致建筑角柱破坏失效，如图　１ｂ）所示。　３）不同质量楼层碰撞破坏。相邻建筑结构的楼层质量可能相　差较大，楼层质量较小的建筑结构与楼层质量较大的相邻结构碰　撞时，其侧向位移往往过大而破坏，如图１ｃ）所示。　

皿　

ｃ）ｄ）　ｅ）　图１结构碰撞破坏类型　．　４）最末端建筑碰撞破坏。对于由密排的多栋建筑组成一排建　筑，由于地震作用下建筑的“钟摆效应”导致处于最末端的建筑或　者街道转角处的建筑产生过大的位移而发生破坏，如图ｌｄ）所示。　５）不同高度的建筑碰撞破坏。相邻结构总高度往往相差较　大，如主群楼关系，在地震作用下，当高度较高的建筑的水平方向　侧向运动受到高度较小的建筑的突然限制时，前者位于碰撞部位　以上的楼层产生较大的惯性力，楼层剪力显著增大，导致碰撞部　位以上的楼层发生结构性破坏，如图１ｅ）所示。　甲　甲甲　

图２地震碰撞研究试验设置图［７１　

［１３］　李正良，肖正直，韩枫，等．１　０００　ｋＶ汉江大跨越特高压　技术，２００８，３２（１２）：１－５．　输电塔线体系气动弹性模型的设计与风洞试验［Ｊ］．电网　Ｔｈｅ　ＵＨＶ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄｉｎｇ　ＧＵｏ　Ｑｉ－ｂ０　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ，ｔｈｅ　ａｌｏｎｇ—ｗｉｎｄ　ｆｌｕｃｔｕａｎｔ　ｗｉｎｄ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｗａｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｏｆ　ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ　ｗｉｎｄ　ｐｏｗｅｒ　ｓｐｅｃｔｒｕｍ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ，ｐｏｉｎｔ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｃａｎ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ａｎｄ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ　ｓｉｍｕｌａｔｅ　ｒａｎｄｏｍ　ｖａｒｉａｂｌｅｓ　ｔｏ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＵＨＶ，ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ　ｗｉｎｄ　ｌｏａｄｉｎｇ，ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　

收稿日期：２０１１—０７—０６　作者简介：孙文成（１９８２一），男，同济大学建筑工程系工程硕士研究生，上海２０００９２　李伟（１９８６－），男，助理工程师，上海建工集团海外事业部技术中心，上海

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