特高压输电塔脉动风场模拟分析

郭启波

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n变量的平稳高斯随机过程{fj(t)}(j=1，2，…，n)，其互相关函数矩阵为:

互谱密度矩阵为:

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—辛钦(Wiener-Khintchine)关系式:

根据Shinozuka的理论，随机过程{fj(t)}的样本可由下式来模拟……