220 kV酒杯型输电塔线结构风振响应分析及抗风设计理论研究

盛铭; 张宇卓; 薛晓敏; 孙清; 安有斌; 嘎玛平措; 洛桑赤列

doi:10.3724/j.gyjzG23062507

220 kV酒杯型输电塔线结构风振响应分析及抗风设计理论研究

doi: 10.3724/j.gyjzG23062507

1. 西安交通大学人居环境与建筑工程学院, 西安 710049;
2. 国网西藏电力有限公司经济技术研究院, 拉萨 850000

基金项目:

国家自然科学基金项目（51978570）；国网西藏电力有限公司经济技术研究院科技项目（SGTYHT/21-JS-226）。

详细信息

作者简介:
盛铭，博士研究生，主要从事输电杆塔动力响应分析、风振控制等研究。

通讯作者:
薛晓敏，副教授，主要从事钢结构设计、结构振动控制等方面的工作，xuexm@xjtu.edu.cn。

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出版历程
- 收稿日期: 2023-06-25
- 网络出版日期: 2026-04-11
- 刊出日期: 2026-03-20

Wind-Induced Vibration Analysis and Wind-Resistant Design of a 220 kV Cup-Type Transmission Tower-Line System

1. School of Human Settlements and Architectural Engineering, Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049, China;
2. Economic and Technological Research Institute of State Grid Xizang Electric Power Co., Ltd., Lasa 850000, China

摘要

摘要: 西藏地区输电线路因常年处于大风环境频发风偏闪络，甚至风致倒塔等事故。鉴于此，以西藏自治区220 kV输电线路工程为背景，开展酒杯型输电铁塔及塔线体系风振响应分析及抗风设计理论研究。首先，提出能准确反映输电铁塔及塔线体系的风振分析方法，采用Davenport风功率谱和AR法模型方法模拟三维脉动风荷载并施加于输电塔线体系有限元模型，然后基于随机振动理论计算输电塔线体系的振动响应和风振系数。基于上述所提方法，对西藏线路酒杯型输电铁塔及其典型线路进行仿真模拟计算，探讨塔线体系在各风向下的振动响应和风振系数影响规律，并与现行规范进行对比分析。结果表明：现行规范用于输电铁塔的抗风设计存在设计不合理现象，整体过于保守，且存在部分设计不安全现象，亟需改进。
- 输电塔 /
- 塔线耦合体系 /
- 酒杯型 /
- 模态分析 /
- 风振响应 /
- 风振系数
Abstract: Due to the perennial windy environment， the transmission lines in Tibet frequently experience accidents such as wind-induced flashovers and even tower collapse. Based on a 220 kV transmission line project in Tibet， a study of wind-induced vibration response and the corresponding structural design of a cup-type transmission tower-line system was carried out. Firstly， a method for analyzing wind-induced vibration analysis method was proposed to accurately simulate the dynamic behavior of the transmission tower-line system. The Davenport wind power spectrum and the AR model were employed to simulate the 3D fluctuating wind load， which was then applied to the finite element model of the transmission tower-line system. By combined these methods， dynamic response and wind-induced vibration coefficients of the transmission tower system were calculated on the basis of random vibration theory. Secondly， based on the above methods， simulation calculations were conducted on the cup-type transmission tower and its typical lines in Tibet. The study investigated the vibration response and wind-induced vibration coefficients of the tower-line system under different wind directions. A comparative analysis with current design codes reveals that the existing specifications lead to unreasonable outcomes in the wind-resistant design of transmission towers： the overall design is overly conservative， certain aspects remain unsafe， indicating an urgent need for improvement.
- transmission tower /
- tower-line coupling system /
- cup-type /
- modal analysis /
- wind-induced vibration response /
- wind-induced vibration coefficient

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参考文献(25)

[1]	张庆华，顾明. 基于高频天平测力试验的500 kV单回路输电塔风致响应研究[J]. 振动与冲击，2014（4）:156 -160.
[2]	李春祥，李锦华，于志强. 输电塔线体系抗风设计理论与发展[J]. 振动与冲击，2009，28（10）:15-25.
[3]	张佳毅，占鹭林，曹枚根，等. 220 kV双回路典型角钢输电塔动力特性及抗风性能评估[J]. 钢结构（中英文），2023，38（1 ）:29-36.
[4]	李涛，王谦，吴登国，等. 台风风场下的1000 kV输电塔风洞试验与风振响应分析[J]. 电力科学与技术学报，2021，36（2 ）:76-82.
[5]	FU X，JIANG Y，DU W L，et al. A new radial spoiler for suppressing vortex-induced vibration of a tubular tower and its practical design method[J]. Shock and Vibration，2021，2021:6971178.
[6]	郑家松，翁兰溪，郑宁敏，等. 台风风场与B类风场作用下输电塔风效应对比研究[J]. 湖南大学学报（自然科学版），2020，47（5）:99-106.
[7]	WANG J，LI H N，FU X，et al. Geometric imperfections and ultimate capacity analysis of a steel lattice transmission tower[J]. Journal of Constructional Steel Research，2021，183:106734.
[8]	赵超，赵家钰，孙清，等. 环境激励下输电塔动力特性参数识别[J]. 振动与冲击，2021，40（4）:30-35.
[9]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 110 kV~750 kV架空输电线路设计规范:GB 50545—2010 [S]. 北京:中国计划出版社，2010.
[10]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑结构荷载规范:GB 50009—2012[S]. 北京:中国建筑工业出版社，2012.
[11]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 高耸结构设计标准:GB 50135—2019[S]. 北京:中国计划出版社，2019.
[12]	邓洪洲，司瑞娟，吴昀. 输电塔的风振系数计算与程序设计[J]. 特种结构，2010，27（3）:4-8.
[13]	罗柯镕，余亮，舒赣平，等. 500 kV长江大跨越电塔线体系风致响应分析研究[J]. 工业建筑，2022，52（8 ）:1-8.
[14]	谢华平，陈俊，尹志明. 输电塔风振系数分析[J]. 湘潭大学自然科学学报，2013，35（3）:40-45.
[15]	李正良，罗熙越，蔡青青. 考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究[J]. 建筑钢结构进展，2021，23（3）:119-128.
[16]	张骞，叶震，蔡建国，等. 特高压长悬臂输电塔与输电塔-线耦合体系的风振特性[J]. 东南大学学报（自然科学版），2019，49（1）:1-8.
[17]	段辉顺，刘生奎，张玲玲，等. 门字型输电塔风振响应分析及风振系数的确定[J]. 应用力学学报，2019，36（3）:618-624.
[18]	汪楚清，孙清，王虎长，等. 拉线塔风振系数取值研究[J]. 钢结构，2016，31（5）:31-36.
[19]	吴新桥，彭康，耿力，等. 台风下输电塔风振响应有限元分析及测试试验[J]. 应用力学学报，2018，35（2）:328-332.
[20]	张相庭. 结构风工程:理论、规范、实践[M]. 北京:中国建筑工业出版社，2006.
[21]	DAVENPORT A G. The spectrum of horizontal gustiness near the ground in high winds[J]. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1962，88（376）:197-198.
[22]	ZHANG Y，HUANG W F，WANG L S，et al. Wind field characteristics of butte and the influence on the wind-induced responses of transmission towers[J]. Advances in Materials Science and Engineering，2022，2022:54-60.
[23]	IANNUZZI A，SPINELLI P. Artificial wind generation and structural response[J]. Journal of Structural Engineering，1987，113（12）:2382-2398.
[24]	张爽，孙清，吴彤，等. ±1100 kV输电塔风振响应及风振系数研究[J]. 特种结构，2018，35（4）:52-59.
[25]	余传运，张建润. 输电塔线体系动力特性及风振响应分析[J]. 东南大学学报（自然科学版），2019，49（1）:116-124.