[发明专利]钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法

说明书

本发明涉及钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法，它包括步骤(1)：确定钢管塔的微风振动杆件；步骤(2)：计算微风振动杆件的共振力；步骤(3)：确定微风振动杆件的弯曲应力和焊接部位应力；步骤(4)：确定微风振动杆件的非焊接部位疲劳应力幅和焊接部位疲劳应力幅；和步骤(5)：确定微风振动杆件的疲劳寿命。本发明所述方法可靠合理，计算结果精确，并能对其进行安全性评估，可确保输电线路安全、经济、合理。

技术领域

本发明涉及输电铁塔技术领域，特别是涉及钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法。

背景技术

特高压输电线路的建设以及同塔多回和大跨越线路的增多，使得杆塔承受大荷载，结构大型化。这种情况下杆塔采用角钢结构需要使用组合构件，塔重增加较多，塔身风荷载加大，结构承载力的提高受到限制，因而近年来不断采用以圆截面钢管为主要构件的格构式钢管塔来代替角钢塔。圆截面钢管构件的空气动力性能好，风压体型系数仅为角钢的1/2左右；截面中心对称，受力各向同性；材料均匀分布在周边，截面抗弯刚度大。输电杆塔采用钢管构件，不但可以减小塔身风载荷，提升承载力，还能充分均衡地发挥材料的性能，减小杆件长度，提高结构的稳定性，特别是对于结构几何尺寸较大、杆件较长的大型杆塔，这种优越性更为明显。

但钢管塔某些长细比较大的特别是趋于水平布置的构件在较低风速下容易发生垂直于风向的振动，即所谓的微风振动。微风振动的主要机理如下：圆柱体的横向扰流会在主体后产生漩涡，漩涡的运动特性由圆柱体在风流中的雷诺数决定。当杆件的雷诺数40R_e3x10⁵时，杆件处于亚临界范围内，尾流中上面的气流向下挤，形成下窝，下面的气流向上挤，形成上窝，二者交替出现，又交替从柱体上脱落，以略低于周围流体的速度向下移动。在柱体后面形成两列交替错开、旋向相反、间距保持不变、周期性脱落的漩涡，学术上称为卡门窝街，漩涡脱落产生的脱落风力，会使得柱体产生横向风运动。当漩涡脱落的主导频率与圆柱体的某阶固有频率比较接近时，就会发生涡激共振。由于线路长期处于风速较低的环境，这种持续反复的振动可能造成杆塔连接螺栓松动和构件疲劳破坏。

目前，国内外学者在钢管塔杆件微风振动研究方面取得了一定成果，但关于其疲劳寿命预测的研究开展较少，尤其是钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法还未曾涉及。在目前的钢管塔杆件微风振动研究中，研究者在雷诺数的取值上通常选取的是其亚临界范围上限值(3×10⁵)，由此展开的计算和安全评估都是不够精确的，在工程的实际应用中偏于不安全。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有技术的不足，提供一种钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法，该计算方法具有重要的理论和实际应用价值，采用该计算方法可以精确预测钢管塔杆件微风振动疲劳寿命，并能对其进行安全性评估，可确保输电线路安全、经济、合理。

为实现上述目的，本发明所述的钢管塔杆件微风振动疲劳寿命的计算方法包括以下步骤，

步骤(1)：确定钢管塔的微风振动杆件；

步骤(2)：计算微风振动杆件的共振力；

步骤(3)：确定微风振动杆件的弯曲应力和焊接部位应力；

步骤(4)：确定微风振动杆件的非焊接部位疲劳应力幅和焊接部位疲劳应力幅；

步骤(5)：确定微风振动杆件的疲劳寿命。

进一步地，所述微风振动杆件为长细比大于等于100且小于等于160的杆件。

进一步地，当微风振动杆件的振动阶次为一阶且其连接方式为两端固接时，则共振力根据公式(2a)计算得到

P_d1＝5×10¹¹d²λ^-3C_Ls 公式(2a)；