CN111506946B - 基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，步骤为：搭建常规输电塔的塔线体系，获取塔线体系的物理参数；基于塔线耦合影响因子，求取杆塔等效阻尼系数；有效荷载法求取塔线体系常规输电塔的风振系数；并求取塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数、塔线体系风荷载脉动折减系数；对塔线体系常规输电塔的风振系数、风偏角的风振系数进行修正计算，得到塔线体系常规输电塔的修正风振系数和塔线体系输电线的修正风振系数；采用有效荷载法计算常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载；基于塔线分离法计算输电线设计风荷载。有益效果：单塔设计精度高，可靠。

Description

基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电 塔、线设计风载荷的计算方法
技术领域
本发明涉及技术领域，具体的说是一种基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法。
背景技术
常规输电塔，是与超高输电塔相比较，其塔高在梯度风高度范围内，未采用钢管混凝土复合材料的输电塔。相对而言，常规输电塔在输电线路中更加普遍地被采用。
中国规范沿用苏联的抗风设计方法，该方法采用振型分解法计算等效背景风荷载，对于悬臂构筑物而言，以1阶模态的参振为主，振型分解法的近似计算引起的塔顶位移误差不大。与惯性力法对比，由于有效荷载法采用准静态的方法计算背景风荷载，其确定的背景风荷载是准确的理论解。采用有效荷载法计算时，根据响应分量确定背景风荷载和共振风荷载的权重系数，能够达到计算响应与实际响应等效的作用。有效荷载法的物理意义清晰，计算输电塔的内力结果比采用惯性力法得到的结果更准确。澳大利亚和新西兰的杆塔规范、标准基于该方法设计风荷载。然而这些规范、标准中的输电塔设计风荷载都没有考虑横担、梯度风高度和钢管混凝土的影响。准确的输电塔设计风荷载不仅能够保证输电线路的安全运行，还能够降低工程造价，起到经济性作用。
众所周知的，求取风荷载的关键相当于求取单塔的风振系数，则针对现有技术的缺陷，对与常规单塔，有必要将横担、梯度风高度和钢管混凝土三者的影响考虑到计算风振系数的方法中，并且常规输电塔组成的单塔体系还需要考虑塔线耦合效应产生的影响，这对最终计算出高精度的单塔体系风荷载具有重要的意义。从而进一步的对单塔的风荷载进行设计，提高现有技术中常规单塔的设计效果。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，来提高塔线体系风载荷计算精度。为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：
一种基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，具体步骤为：S1：搭建常规输电塔的塔线体系，并获取塔线体系的常规输电塔、输电线、绝缘子串的物理参数；上述数据至少包括常规输电塔所在地面粗糙度类别、设定10m高度处的平均分速
Figure BDA0002434268400000021
常规输电塔的总高度H、跟开b1、横担个数nc、横担平均外伸长度
Figure BDA0002434268400000022
以及输电塔与导线、绝缘子串的布置方案；还包括导线线性和导线线长等。S2：基于塔线耦合影响因子，根据塔线体系中杆塔等效阻尼系数δe；S3：将步骤S2得到的塔线体系中杆塔等效阻尼系数δe来替换阻尼系数ζ1，基于有效荷载法的，求取塔线体系常规输电塔的风振系数β(z)；考虑线形与线长影响因子，计算塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数β；S4：考虑塔线耦合效应，求取塔线体系风荷载脉动折减系数εc；S5：根据步骤S4得到的塔线体系风荷载脉动折减系数，对步骤S3 中的塔线体系常规输电塔的风振系数、塔线体系输电线的风振系数进行修正计算，得到塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)和塔线体系输电线的修正风振系数β*；S6：有效荷载法计算常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载fESWL(z)；基于塔线分离法计算输电线设计风荷载WX。
再进一步的技术方案，步骤S2的具体步骤为：S21：根据步骤S1的常规输电塔的塔线体系，得到常规输电塔塔线体系计算模型图；所述塔线体系计算模型中的杆塔为密实结构，塔身为正方形的变截面，由下至上尺寸变小，横担为等截面；所述塔线体系计算模型中的导线两端等高，与固定铰支座连接；所述塔线体系计算模型中的杆塔高度为H，横担悬臂长度为lca，绝缘子长度为lin，导线跨度为L。导线挂点无高差。S22：设定输电线和绝缘子串振动的假设条件，得到的常规输电塔塔线体系中输电线和绝缘子串的振型图以及迎风面、被风面输电线和绝缘子串的广义质量、广义刚度和广义阻尼；并将常规输电塔塔线体系中输电线和绝缘子串组合形成索结构体系；所述导线和绝缘子串振动的假设条件为：迎风面和背风面的导线在风荷载下的振动同步；绝缘子串的频率和阻尼比由导线控制，与导线的一致。所述迎风面、被风面导线的广义质量计算公式为：
Figure BDA0002434268400000031
所述迎风面、被风面导线的广义刚度计算公式为：
Figure BDA0002434268400000032
所述迎风面、被风面导线的广义阻尼计算公式为：
Figure BDA0002434268400000033
mc为单根导线单位线长的质量；单根导线振型
Figure BDA0002434268400000034
γg为导线的自重比载；σ0为导线的水平初应力；Γ为导线的线长，
Figure BDA0002434268400000035
ζc＝ζsc+ζac；ζsc为导线结构阻尼比；ζac为导线启动阻尼比；Nc为分裂导线的个数；Tw为平均风状态下单根导线的水平张力；ζc为导线阻尼比；所述迎风面、被风面绝缘子串的广义质量计算公式为：
Figure BDA0002434268400000036
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义刚度计算公式为：
Figure BDA0002434268400000037
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义阻尼计算公式为：
Figure BDA0002434268400000038
其中，min为绝缘子串单位高度质量；Din为绝缘子串迎风外径；绝缘子串振型
Figure BDA0002434268400000041
H-lin≤z≤H；ζin为绝缘子串阻尼比；
Figure BDA0002434268400000042
lin为绝缘子长度；其中，索结构体系对应的广义质量、广义刚度和广义阻尼的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000043
本发明中，下标ci表示索结构。S23：将步骤S22得到的数据构建索结构体系结合杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型；S24：基于杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型，求取常规输电塔塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值和单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值；从而得到二者的比例式；所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000044
Figure BDA0002434268400000045
Figure BDA0002434268400000046
Figure BDA0002434268400000047
杆塔1阶模态的振型φt(z)＝(z/H)2，0≤z≤H；
Figure BDA0002434268400000048
为杆塔的广义质量，
Figure BDA0002434268400000049
Mca为横担的质量，mt(z)为随高度变化的杆塔单位高度质量；coh(z1,z2)为z1和z2高度处两点的脉动风速的相干函数；Sf(nt)为归一化风速谱，nt为杆塔脉动风速的频率；
Figure BDA00024342684000000410
σv'为脉动风速的标准差；
Figure BDA00024342684000000411
为索结构与杆塔的广义质量比值，
Figure BDA00024342684000000412
λn为索结构与杆塔的频率比值；λn＝nci/nt；导线悬挂于杆塔的顶部，
Figure BDA00024342684000000413
ζt为总阻尼比；ζt＝ζst+ζat；ζst为杆塔结构阻尼比；ωt为杆塔无阻尼振动的圆频率；δci为索结构总阻尼比，近视取导线阻尼比，δci≈ζc，ζc＝ζsc+ζac；
ρa为空气密度，μs(z)为风压随高度变化系数；bs(z)为随高度变化的迎风面宽度；
Figure BDA00024342684000000511
随高度变化的平均风速，σv'为脉动风速的标准差；
ζat为杆塔气动阻尼比；
Figure BDA0002434268400000051
As，ca为横担的挡风面积；所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值为：
Figure BDA0002434268400000052
所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量和所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的比例式为：
Figure BDA0002434268400000053
S25：基于步骤S24得到的计算公式，推导常规输电塔悬挂输电线后塔线等效阻尼系数的计算公式，并计算塔线体系中杆塔等效阻尼系数。计算公式的步骤为：悬挂导线后杆塔的等效阻尼比为：
Figure BDA0002434268400000054
其中，ρ与ζe的关系为：
Figure BDA0002434268400000055
对于输电塔线体系而言，索结构为柔性体系，卓越频率远小于杆塔的频率；则忽略λn的高阶项；杆塔的阻尼比约为0.01，索结构的阻尼比小于1，则忽略
Figure BDA0002434268400000056
项；导线悬挂于杆塔的顶部，
Figure BDA0002434268400000057
故悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式为：
Figure BDA00024342684000000510
再进一步的技术方案，步骤S3求取塔线体系常规输电塔的风振系数β(z)的步骤为：S311：根据步骤S1中常规输电塔的物理参数，确定常规输电塔所在地面粗糙度类别，设定10m高度处的平均分速
Figure BDA0002434268400000058
常规输电塔的总高度H；跟开b1；横担个数nc；横担平均外伸长度
Figure BDA0002434268400000059
自立式输电塔分为横隔面、横担和剩余塔身3部分；横隔面、横担、剩余塔身的质量和挡风面积沿高度的分布规律不同，在计算过程中需要区别对待。S312：构建常规输电塔的风荷载的计算模型，通过水平均布荷载作用下结构的挠曲线获得常规输电塔0°风向角的1阶侧弯振型φ1(z)；
Figure BDA0002434268400000061
z为实际高度值。对于该弯曲振型，有如下积分关系：
Figure BDA0002434268400000062
S313：根据荷载规范引入背景分量因子Bz(z)，进而计算输电塔的脉动风荷载在水平方向的相关系数ρx和脉动风荷载在竖直方向的相关系数ρz；
Figure BDA0002434268400000063
b为外轮廓宽度；根据荷载规范引入的共振分量因子R；
Figure BDA0002434268400000064
其中，ξ1＝ξe；
Figure BDA0002434268400000065
n为脉动风速的频率；
根据荷载规范确定地面粗糙度指数α、峰值因子gs、10m高度处的湍流度 I10、瑞流度高度变化系数
Figure BDA0002434268400000066
风压随高度变化系数μz；
分别计算常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的风振系数考虑对荷载响应相关系数ρfr'影响的修正系数θηB；
Figure BDA0002434268400000067
S314：根据步骤S311中常规单塔所在地面粗糙度类别，获取背景分量因子的中间变量γ的拟合系数kγ、aγ；
根据常规单塔的宽度、深度得到风振系数考虑整体外形变化的修正系数θv；
根据常规单塔的横担平均外伸长度、总高度、横担个数得到风振系数考虑附加面积的修正系数θa与风振系数考虑附加质量的修正系数θm的乘积θl；
根据常规单塔考虑所在地面粗糙度类别和带悬挑横担的的影响因子，确定常规单塔荷载响应相关系数ρfr'的中间变量γB；
Figure BDA0002434268400000068
Figure BDA0002434268400000071
其中，荷载响应相关系数的中间变量γB的计算参数取值范围见表1；
根据常规单塔考虑带悬挑横担的的影响因子，确定常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的新共振分量因子
Figure BDA0002434268400000072
考虑脉动风荷载空间相关性的修正系数θηR；
S315：简化并得到常规单塔剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的计算公式并计算得到对应的剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的θb(z)；
计算得到横担的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zI)和横隔面的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zJ)；
Figure BDA0002434268400000073
S316：考虑外形规律变化的影响因素，计算当塔高H确定时，新背景分量因子
Figure BDA0002434268400000074
考虑横担、横隔面的附加质量和附加面积的影响，计算新共振分量因子
Figure BDA0002434268400000075
Figure BDA0002434268400000076
S317：计算带悬挑横担常规单塔风振系数β(z)；其中，风振系数表达式为：
Figure BDA0002434268400000077
再进一步的技术方案，塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数步骤为β；S321：根据步骤S1中常规输电塔塔线体系的输电线、绝缘子串的物理参数，以重力和平均风荷载作用下作为导线和悬垂绝缘子串计算的初始条件，通过LRC方法确定悬垂绝缘子串风偏角的计算模型；所述导线物理参数至少包括导线型号、导线计算截面积、导线弹性模量、线密度、导线外径；所述输电塔上的绝缘子串物理参数至少包括绝缘子串长度、绝缘子串弹性模量、绝缘子串质量、绝缘子串挡风面积。S322：计算常规输电塔塔线体系中输电塔之间导线单位面积的等效静力风荷载；所述输电塔之间导线单位面积的等效静力风荷载 pESWL的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000081
式中，(:,i)表示矩阵的第i列元素；
Figure BDA0002434268400000082
为等效背景风压；
Figure BDA0002434268400000083
为平均风荷载；导线在风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure BDA0002434268400000084
式中，
Figure BDA0002434268400000085
Y′分别为脉动风荷载作用下导线节点顺风向的加速度、速度和位移；
Figure BDA0002434268400000086
为平均风荷载作用下导线节点顺风向的位移
M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K刚度矩阵；Ls为节点从属面积矩阵；
导线在脉动风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure BDA0002434268400000087
根据上述内容可以得到等效静力风荷载计算悬垂绝缘子串的最大风偏角；等效静力风荷载计算悬垂绝缘子串的最大风偏角的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000088
式中，
Figure BDA0002434268400000089
为脉动风荷载作用下B点的顺风向峰值位移
Figure BDA00024342684000000810
lAB为A、B 两点间的绝缘子串长度；
Figure BDA00024342684000000811
为平均风荷载作用下B点的顺风向位移，
Figure BDA00024342684000000812
为平均风偏角；具体计算公式为：
Figure BDA00024342684000000813
Figure BDA00024342684000000814
Gv分别为目标点处悬垂绝缘子串的平均风荷载和竖向重力荷载；
Figure BDA00024342684000000815
Wv分别为目标点处导线传递给悬垂绝缘子串的平均风荷载和竖向荷载。
S323：计算塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数β；
Figure BDA00024342684000000816
∑c表示对计算域内的元素进行求和；Γe为计算域内导线的线长；
Figure BDA00024342684000000817
为平均风荷载；
Figure BDA00024342684000000818
为等效背景风压。
另外的，为了设计塔线体系最好求取到等效静力风荷载计算悬垂绝缘子串的最大风偏角
Figure BDA0002434268400000091
具体的：
Figure BDA0002434268400000092
式中，
Figure BDA0002434268400000093
为脉动风荷载作用下B点的顺风向峰值位移
Figure BDA0002434268400000094
lAB为A、B两点间的绝缘子串长度；
Figure BDA0002434268400000095
Figure BDA0002434268400000096
为平均风荷载作用下B点的顺风向位移，
Figure BDA0002434268400000097
为平均风偏角；具体计算公式为：
Figure BDA0002434268400000098
Gv分别为目标点处悬垂绝缘子串的平均风荷载和竖向重力荷载；
Figure BDA0002434268400000099
Wv分别为目标点处导线传递给悬垂绝缘子串的平均风荷载和竖向荷载。
再进一步的技术方案为：塔线体系风荷载脉动折减系数εc的计算步骤为：
S41：构建常规输电塔塔线体系计算模型，并得到塔线体系计算模型图；
S42：根据常规输电塔，建立杆塔响应与杆塔风振系数的关系，得到塔高H 处建立杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值σut(H)与杆塔风振系数β(H)的关系式；
Figure BDA00024342684000000910
其中，ω0为基本风压；μz(H)为风压随常规单塔高度变化系数；μs(H)为杆塔随高度阻力系数；bs(H)随高度变化的迎风面宽度；gs为峰值因子；ω1为顺风向1阶模态的自振圆频率；m(H)为随高度变化的单位高度质量；当导线悬挂于杆塔顶部时，建立导线与导线风振系数的关系，得到导线荷载引起塔顶位移的均方根值σuc(H)的计算公式；
Figure BDA00024342684000000911
其中，Np为导线的相数；μsc为导线阻力系数；μz(Hc)为风压随导线高度变化系数Nc为分裂导线的个数；Dc为子导线/地线的计算外径；Lp为水平档距；H为塔高高度；Et为弹性模量。σut(z)与杆塔风振系数β(z)的关系为：
Figure BDA00024342684000000912
在塔高H处建立σut(H)与β(H)的关系：
Figure BDA00024342684000000913
S43：根据步骤S41得到的内容，采用SRSS的方法确定塔线体系下杆塔的峰值响应计算公式；
S44：基于步骤S43的塔线体系下杆塔的峰值响应计算公式，采用塔线分离方法，引入杆塔风荷载脉动折减系数，并得到所述杆塔的峰值响应计算公式的等价峰值响应计算公式：
Figure BDA0002434268400000101
表示杆塔荷载引起的峰值响应，
Figure BDA0002434268400000102
表示输电线荷载引起的峰值响应。S45：以塔顶位移响应为目标，对步骤S44得到的所述杆塔的峰值响应计算公式的等价峰值响应计算公式进一步更新，得到带未知导线荷载引起塔顶位移的均方根值和未知杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值的脉动折减系数更新计算公式；
S46：将步骤S42中的计算得到的导线荷载引起塔顶位移的均方根值和杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值带入步骤S45得到脉动折减系数的更新计算公式中，得到脉动折减系数的最终计算公式，并计算杆塔风荷载脉动折减系数；
Figure BDA0002434268400000103
其中，
Figure BDA0002434268400000104
再进一步的技术方案，所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)和所述塔线体系输电线的修正风振系数β*的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000105
再进一步的技术方案，有效荷载法计算常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载fESWL(z)与所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)的关系式为：
Figure BDA0002434268400000106
其中，ξ1＝ξe；
Figure BDA0002434268400000107
Figure BDA0002434268400000108
Figure BDA0002434268400000111
m(z)＝m(0)μm(z)；
Figure BDA0002434268400000112
Sf(n)为归一化风速谱，
Figure BDA0002434268400000113
Iz(z)为z高度处的脉动风湍流密度；
Figure BDA0002434268400000114
I10为10m高度处的脉动风湍流密度；x′1为公式
Figure BDA0002434268400000115
中，n＝n1时的取值，n1为输电塔的1阶模态频率；u1和ηxz1是与风场湍流特性和空间相关性等有关的系数，分别称为综合影响系数和空间相关性折减系数。
再进一步的技术方案，基于塔线分离法计算输电线设计风荷载WX的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000116
其中，β＝α'βc；式中，α′为取值小于1的风压不均匀系数；μsc为导线阻力系数；βc为风荷载调整系数，计算风偏角时取1；Dc为子导线/地线的计算外径；Lp为杆塔的水平档距；Bl为覆冰时风荷载的增大系数；ω0为基本风压；μz为风压随高度变化系数；Bl为覆冰时风荷载的增大系数；Nc为分裂导线的个数；θ为风向角。
本发明的有益效果：采用有效荷载法，并对阻尼系数进行精细化计算以及考虑考虑塔线耦合效应产生的影响情况，对塔线体系中常规输电塔设计风荷载进行计算。通过塔线分离法，并且考虑了阻尼系数进行精细化计算以及考虑考虑塔线耦合效应产生的影响情况对塔线体系输电线设计风荷载进行计算，使最终设计出的塔线体系更为接近实际，设计精度高。
附图说明
图1是塔线体系计算模型图；
图2是导线和绝缘子串的振型图；
图3：塔线耦合简化计算模型图；
图4是常规输电塔计算图；
图5是悬垂绝缘子串风偏角计算模型示意图；
图6是本发明计算流程图；
图7是塔线体系中杆塔等效阻尼系数计算流程图；
图8是塔线体系常规输电塔的风振系数计算流程图；
图9是塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数计算流程图；
图10是塔线体系风荷载脉动折减系数计算流程图；
图11为风向角的定义图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。
一种基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，结合图6可以看出，具体步骤为：S1：搭建常规输电塔的塔线体系，并获取塔线体系的常规输电塔、输电线、绝缘子串的物理参数；
结合图1可以看出为常规输电塔的塔线体系。
S2：基于塔线耦合影响因子，根据塔线体系中杆塔等效阻尼系数δe；具体的，结合图7可以看出，步骤S2的具体步骤为：S21：根据步骤S1的常规输电塔的塔线体系，得到常规输电塔塔线体系计算模型图，详见图2。所述塔线体系计算模型中的杆塔为密实结构，塔身为正方形的变截面，由下至上尺寸变小，横担为等截面；所述塔线体系计算模型中的导线两端等高，与固定铰支座连接；所述塔线体系计算模型中的杆塔高度为H，横担悬臂长度为lca，绝缘子长度为 lin，导线跨度为L；导线挂点无高差。S22：设定输电线和绝缘子串振动的假设条件，得到的常规输电塔塔线体系中输电线和绝缘子串的振型图以及迎风面、被风面输电线和绝缘子串的广义质量、广义刚度和广义阻尼；并将常规输电塔塔线体系中输电线和绝缘子串组合形成索结构体系；迎风面、被风面导线的广义质量计算公式为：
Figure BDA0002434268400000131
所述迎风面、被风面导线的广义刚度计算公式为：
Figure BDA0002434268400000132
所述迎风面、被风面导线的广义阻尼计算公式为：
Figure BDA0002434268400000133
mc为单根导线单位线长的质量；单根导线振型
Figure BDA0002434268400000134
γg为导线的自重比载；σ0为导线的水平初应力；Γ为导线的线长，
Figure BDA0002434268400000135
ζc＝ζsc+ζac；ζsc为导线结构阻尼比；ζac为导线启动阻尼比；Nc为分裂导线的个数；Tw为平均风状态下单根导线的水平张力；ζc为导线阻尼比；
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义质量计算公式为：
Figure BDA0002434268400000136
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义刚度计算公式为：
Figure BDA0002434268400000137
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义阻尼计算公式为：
Figure BDA0002434268400000138
其中，min为绝缘子串单位高度质量；Din为绝缘子串迎风外径；绝缘子串振型
Figure BDA0002434268400000139
H-lin≤z≤H；ζin为绝缘子串阻尼比；
Figure BDA00024342684000001310
lin为绝缘子长度；其中，索结构体系对应的广义质量、广义刚度和广义阻尼的计算公式为：
Figure BDA00024342684000001311
S23：将步骤S22得到的数据构建索结构体系结合杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型，在本实施例中，该模型详见图3；S24：基于杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型，求取常规输电塔塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值和单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值；从而得到二者的比例式；所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量和所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的比例式为：
Figure BDA00024342684000001312
所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值为：
Figure BDA0002434268400000141
所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000142
S25：基于步骤S24得到的计算公式，推导常规输电塔悬挂输电线后塔线等效阻尼系数的计算公式，并计算塔线体系中杆塔等效阻尼系数。塔线体系中杆塔等效阻尼系数计算公式为：
Figure BDA0002434268400000143
对于输电塔线体系而言，索结构为柔性体系，卓越频率远小于杆塔的频率。因此，公式(1)可以忽略λn的高阶项。此外，杆塔的阻尼比约为0.01，索结构的阻尼比小于1，可以忽略
Figure BDA0002434268400000144
项。对于图3的计算模型，导线悬挂于杆塔的顶部，
Figure BDA0002434268400000145
此时，公式(1)可以简化为：
Figure BDA0002434268400000146
S3：结合图8可以看出，将步骤S2得到的塔线体系中杆塔等效阻尼系数δe来替换阻尼系数ζ1，基于有效荷载法的，求取塔线体系常规输电塔的风振系数β(z)；在本实施例中，结合图4可以看出，为常规输电塔计算图；具体步骤： S311：根据步骤S1中常规输电塔的物理参数，确定常规输电塔所在地面粗糙度类别，设定10m高度处的平均分速
Figure BDA0002434268400000147
常规输电塔的总高度H；跟开b1；横担个数nc；横担平均外伸长度
Figure BDA0002434268400000148
S312：构建常规输电塔的风荷载的计算模型，通过水平均布荷载作用下结构的挠曲线获得常规输电塔0°风向角的1阶侧弯振型φ1(z)；
Figure BDA0002434268400000149
z为实际高度值；在本发明中，结合图11可以定义，当来流风平行于横担轴向时风向角θ＝0°，当来流风平行于导线走向时风向角θ＝90°。其中，x向表示横担轴向，y向表示顺线向。
风振系数随风向角的变化不大，并且风向角对塔身风振系数和横担风振系数的影响是相反的，对整塔而言该影响可以抵消。电力相关标准中仅考虑0o风向角下输电塔的风振系数。因此，可以忽略风向角对风振系数的影响，其它风向角下的等效静力风荷载通过DL/T 5154中的风荷载分配系数确定。
其中，电力相关标准包括：GB 50545-2010.110kV～750kV架空输电线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010；GB 50665-2011.1000kV架空输电线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2011；DL/T 5154-2012.架空输电线路杆塔结构设计技术规定[S].北京:中国计划出版社,2012；DL/T 5504-2015.特高压架空输电线路大跨越设计技术规定[S].北京:中国计划出版社,2015。
S313：根据荷载规范引入背景分量因子Bz(z)，进而计算输电塔的脉动风荷载在水平方向的相关系数ρx和脉动风荷载在竖直方向的相关系数ρz；
Figure BDA0002434268400000151
b为外轮廓宽度；根据荷载规范引入的共振分量因子R；
Figure BDA0002434268400000152
其中，ξ1＝ξe；
Figure BDA0002434268400000153
n为脉动风速的频率；
根据荷载规范确定地面粗糙度指数α、峰值因子gs、10m高度处的湍流度 I10、瑞流度高度变化系数
Figure BDA0002434268400000154
风压随高度变化系数μz；
分别计算常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的风振系数考虑对荷载响应相关系数ρfr'影响的修正系数θηB；
Figure BDA0002434268400000155
在本实施例中，θηB取值详见表6；
S314：根据地面粗糙度类别获取背景分量因子的中间变量γ的拟合系数kγ和aγ；取值详见表2；根据常规输电塔的宽度、深度得到风振系数考虑整体外形变化的修正系数θv，其计算公式为：
Figure BDA0002434268400000161
取值详见表3；根据常规输电塔的横担平均外伸长度、总高度、横担个数得到风振系数考虑附加面积的修正系数θa与风振系数考虑附加质量的修正系数θm的乘积θl；取值详见表5.
表6常规单塔的θηR取值范围表
Figure BDA0002434268400000162
根据常规单塔考虑所在地面粗糙度类别和带悬挑横担的的影响因子，确定常规单塔荷载响应相关系数ρfr'的中间变量γB；
Figure BDA0002434268400000163
Figure BDA0002434268400000164
其中，荷载响应相关系数的中间变量γB的计算参数取值范围见表1；
表1常规单塔γB的计算参数取值详情表
Figure BDA0002434268400000165
根据常规单塔考虑带悬挑横担的的影响因子，确定常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的新共振分量因子
Figure BDA0002434268400000171
考虑脉动风荷载空间相关性的修正系数θηR；
表2 ky和ay的取值
地面粗糙度类别 A B C D
k<sub>y</sub> 1.276 0.910 0.404 0.155
a<sub>y</sub> 0.186 0.218 0.292 0.376
Figure BDA0002434268400000172
表3常规输电塔的宽度深度均沿高度作同一规律变化时θv的值
b<sub>s</sub>(H)/b<sub>s</sub>(0) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
θ<sub>v</sub> 1.00 1.10 1.20 1.32 1.50 1.75 2.08 2.53 3.30 5.60
表4常规输电塔的θn取值
Figure BDA0002434268400000173
表5常规输电塔的θl取值
Figure BDA0002434268400000174
其中，带悬挑横担的常规输电塔的横隔面在呼高以上和呼高以下按两种方式布置。呼高以上，横担近塔端的上下边缘各有1个横隔面。呼高以下，塔身坡度变化断面有1横隔面，假定该横隔面与上端相邻横隔面的间距为
Figure BDA0002434268400000181
塔腿处有1横隔面，距离地面高度为跟开b1；在上下两横隔面之间有nd个横隔面，
Figure BDA0002434268400000182
round表示四舍五入取整数，每个横隔面按等间距布置。以上确定了横隔面的在塔身的分布关系，还需要确定横隔面和横担的挡风面积、质量沿高度的分布关系。同样地，对多个带悬挑横担的常规输电塔进行统计分析，获得关系：
Figure BDA0002434268400000183
M(zJ)＝1.334m(zJ)。
横担挡风面积沿高度的变化系数：
Figure BDA0002434268400000184
横隔面挡风面积沿高度的变化系数：
Figure BDA0002434268400000185
横担质量沿高度的变化系数：
Figure BDA0002434268400000186
横隔面质量沿高度的变化系数：
Figure BDA0002434268400000187
将θa和θm计算修改参数的独立影响参数均为
Figure BDA0002434268400000188
H、nc、bs(H)/bs(0)。为了制表方便，令θl＝θaθm。
其中，
Figure BDA0002434268400000189
Figure BDA00024342684000001810
尽管实际分布与简化分布之间有差异，但是通过公式θa和θm计算θl时，由于
Figure BDA00024342684000001811
在分子，μM(ZI)、μM(ZJ)在分母，误差部分抵消掉。在一定范围内，采用简化分布计算θl时引起的误差可以忽略，可采用简化分布进行近似计算，该结论在计算中得到了证明。
S315：简化并得到剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的计算公式并计算得到对应的剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的θb(z)；计算得到横担的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zI)和横隔面的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zJ)；
其中，
Figure BDA00024342684000001812
S316：考虑外形规律变化的影响因素，计算当塔高H确定时，新背景分量因子
Figure BDA0002434268400000191
考虑横担、横隔面的附加质量和附加面积的影响，计算新共振分量因子
Figure BDA0002434268400000192
Figure BDA0002434268400000193
为保证书写的简洁，将剩余塔身、横隔面和横担的新共振分量因子合并书写，三者z高度处的
Figure BDA0002434268400000194
可按下式计算：
Figure BDA0002434268400000195
在本实施例中，将γB(z,H)和θηB代入公式
Figure BDA0002434268400000196
计算带悬挑横担的常规单塔的
Figure BDA0002434268400000197
将
Figure BDA0002434268400000198
和上式的
Figure BDA0002434268400000199
代入公式
Figure BDA00024342684000001910
即可得到带悬挑横担的常规单塔的风振系数设计公式。即S317：计算带悬挑横担常规单塔风振系数β(z)；其中，风振系数表达式为：
Figure BDA00024342684000001911
在本实施例，计算塔线体系输电线的风振系数β计算公式为；
Figure BDA00024342684000001912
∑c表示对计算域内的元素进行求和；Γc为计算域内导线的线长；
Figure BDA00024342684000001913
为平均风荷载；
Figure BDA00024342684000001914
为等效背景风压。
本实施例中，结合图9可以看出，计算塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数β的步骤为：S321：根据步骤S1中常规输电塔塔线体系的输电线、绝缘子串的物理参数，以重力和平均风荷载作用下作为导线和悬垂绝缘子串计算的初始条件，通过LRC方法确定悬垂绝缘子串风偏角的计算模型；具体见图 5.S322：计算常规输电塔塔线体系中输电塔之间导线单位面积的等效静力风荷载；输电塔之间导线单位面积的等效静力风荷载pESWL的计算公式为：
Figure BDA00024342684000001915
式中，(:,i)表示矩阵的第i列元素；
Figure BDA00024342684000001916
为等效背景风压；
Figure BDA00024342684000001917
为平均风荷载；导线在风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure BDA0002434268400000201
式中，
Figure BDA0002434268400000202
Y′分别为脉动风荷载作用下导线节点顺风向的加速度、速度和位移；
Figure BDA0002434268400000203
为平均风荷载作用下导线节点顺风向的位移；M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K刚度矩阵；Ls为节点从属面积矩阵；导线在脉动风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure BDA0002434268400000204
323：计算悬垂绝缘子串的风振系数；
Figure BDA0002434268400000205
∑c表示对计算域内的元素进行求和；Γc为计算域内导线的线长；
Figure BDA0002434268400000206
为平均风荷载；
Figure BDA0002434268400000207
为等效背景风压。本实施例中，DL/T 5154的导/地线的水平风荷载标准值表达式为：
Figure BDA0002434268400000208
其中，β＝α'βc；
式中，α′为取值小于1的风压不均匀系数；μsc为阻力系数；βc为风荷载调整系数，计算风偏角时取1；Dc为子导线/地线的计算外径；Lp为杆塔的水平档距；βl为覆冰时风荷载的增大系数。
α′βc和荷载规范中β的物理意义一致，考虑了脉动的风动力效应。通过考虑风压不均匀性的平均风荷载乘以βc，以此确定导/地线的等效静力风荷载。因此，α′βc＝β。根据物理意义，
Figure BDA0002434268400000209
采用LRC计算的β不是常数，为方便设计使用，根据pESWL的分布特性，采用平均化方式处理，计算一致β。pESWL在目标点位置凸出，在远离目标点位置逼近于
Figure BDA00024342684000002010
为非均匀分布。为此，设定计算域，将目标点的等效静力风荷载在计算域内进行平均化处理。当目标点与邻近杆塔导线挂点的高差为0时，选取目标点水平档距为其计算域。有高差时，目标点位置处的等效静力风荷载显得更加凸出，从而选取目标点左右1/4跨为其计算域。
S4：考虑塔线耦合效应，求取塔线体系风荷载脉动折减系数εc，结合图10 可以看出，具体为：S41：构建常规输电塔塔线体系计算模型，并得到塔线体系计算模型图详见图1；所述塔线体系计算模型中的杆塔为密实结构，塔身为正方形的变截面，由下至上尺寸变小，横担为等截面；所述塔线体系计算模型中的导线两端等高，与固定铰支座连接；所述塔线体系计算模型中的杆塔高度为H，横担悬臂长度为lca，绝缘子长度为lin，导线跨度为L。导线挂点无高差；
S42：根据常规输电塔，建立杆塔响应与杆塔风振系数的关系，得到塔高H 处建立杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值σut(H)与杆塔风振系数β(H)的关系式；当导线悬挂于杆塔顶部时，建立导线与导线风振系数的关系，得到导线荷载引起塔顶位移的均方根值σuc(H)的计算公式；
Figure BDA0002434268400000211
其中，ω0为基本风压；μz(H)为风压随常规单塔高度变化系数；μs(H)为杆塔随高度阻力系数；bs(H)随高度变化的迎风面宽度；gs为峰值因子；ω1为顺风向1阶模态的自振圆频率；m(H)为随高度变化的单位高度质量；所述导线荷载引起塔顶位移的均方根值σuc(H)的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000212
其中，Np为导线的相数；μsc为导线阻力系数；μz(Hc)为风压随导线高度变化系数Nc为分裂导线的个数；Dc为子导线/地线的计算外径；Lp为水平档距；H 为塔高高度；Et为弹性模量。S43：根据步骤S41得到的内容，采用SRSS的方法确定塔线体系下杆塔的峰值响应计算公式；
Figure BDA0002434268400000213
其中，所述
Figure BDA0002434268400000214
为由杆塔平均风荷载引起的杆塔响应；
Figure BDA0002434268400000215
为由导线平均风荷载引起的杆塔响应；
Figure BDA0002434268400000216
为塔线体系平均风荷载引起的杆塔响应σr为塔线体系下杆塔响应的标准差；gs为峰值因子；σrt为由杆塔脉动风荷载引起的塔体均方根响应；σrc为由导线脉动风荷载引起的塔体均方根响应。S44：基于步骤S43的塔线体系下杆塔的峰值响应计算公式，采用塔线分离方法，引入杆塔风荷载脉动折减系数，并得到所述杆塔的峰值响应计算公式的等价峰值响应计算公式；
Figure BDA0002434268400000217
Figure BDA0002434268400000221
表示杆塔荷载引起的峰值响应，
Figure BDA0002434268400000222
表示输电线荷载引起的峰值响应。S45：以塔顶位移响应为目标，对步骤S44得到的所述杆塔的峰值响应计算公式的等价峰值响应计算公式进一步更新，得到带未知导线荷载引起塔顶位移的均方根值和未知杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值的脉动折减系数更新计算公式；
S46：将步骤S42中的计算得到的导线荷载引起塔顶位移的均方根值和杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值带入步骤S45得到脉动折减系数的更新计算公式中，得到脉动折减系数的最终计算公式，并计算杆塔风荷载脉动折减系数；计算杆塔风荷载脉动折减系数的公式为：
Figure BDA0002434268400000223
其中，
Figure BDA0002434268400000224
在本实施例中，所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)和所述塔线体系输电线的修正风振系数β*的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000225
有效荷载法计算得到的常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载 fESWL(z)与所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)的关系式存在：
Figure BDA0002434268400000226
其中，ξ1＝ξe；
Figure BDA0002434268400000227
Figure BDA0002434268400000228
Figure BDA0002434268400000238
m(z)＝m(0)μm(z)；
Figure BDA0002434268400000233
Sf(n)为归一化风速谱，
Figure BDA0002434268400000234
Iz(z)为z高度处的脉动风湍流密度；
Figure BDA0002434268400000235
I10为10m高度处的脉动风湍流密度；x′1为公式
Figure BDA0002434268400000236
中，n＝n1时的取值，n1为输电塔的1阶模态频率；
u1和ηxz1是与风场湍流特性和空间相关性等有关的系数，分别称为综合影响系数和空间相关性折减系数。在本实施例中，基于塔线分离法计算输电线设计风荷载WX的计算公式为：
Figure BDA0002434268400000237
其中，β＝α'βc；α′为取值小于1的风压不均匀系数；μsc为导线阻力系数；βc为风荷载调整系数，计算风偏角时取1；Dc为子导线/地线的计算外径；Lp为杆塔的水平档距；Bl为覆冰时风荷载的增大系数；ω0为基本风压；μz为风压随高度变化系数；Bl为覆冰时风荷载的增大系数；Nc为分裂导线的个数；θ为风向角。
综上可以有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷，对常规输电塔进行设计。
应当指出的是，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改性、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：具体步骤为：
S1：搭建常规输电塔的塔线体系，并获取塔线体系的常规输电塔、输电线、绝缘子串的物理参数；
S2：基于塔线耦合影响因子，根据塔线体系中杆塔等效阻尼系数ζe；
S3：将步骤S2得到的塔线体系中杆塔等效阻尼系数ζe来替换阻尼系数ζ1，基于有效荷载法的，求取塔线体系常规输电塔的风振系数β(z)；
考虑线形与线长影响因子，计算塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数β；
其中，求取塔线体系常规输电塔的风振系数β(z)的步骤为：
S311：根据步骤S1中常规输电塔的物理参数，确定常规输电塔所在地面粗糙度类别，设定10m高度处的平均分速
Figure FDA0003576972350000011
常规输电塔的总高度H；跟开b1；横担个数nc；横担平均外伸长度
Figure FDA0003576972350000012
S312：构建常规输电塔的风荷载的计算模型，通过水平均布荷载作用下结构的挠曲线获得常规输电塔0°风向角的1阶侧弯振型φ1(z)；
Figure FDA0003576972350000013
z为实际高度值
S313：根据荷载规范引入背景分量因子Bz(z)，进而计算输电塔的脉动风荷载在水平方向的相关系数ρx和脉动风荷载在竖直方向的相关系数ρz；
Figure FDA0003576972350000021
b为外轮廓宽度；
根据荷载规范引入的共振分量因子R；
Figure FDA0003576972350000022
其中，ξ1＝ξe；
Figure FDA0003576972350000023
n为脉动风速的频率；
根据荷载规范确定地面粗糙度指数α、峰值因子gs、10m高度处的湍流度I10、湍流度高度变化系数
Figure FDA0003576972350000024
风压随高度变化系数μz；
分别计算常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的风振系数考虑对荷载响应相关系数ρfr'影响的修正系数θηB：
Figure FDA0003576972350000025
S314：根据步骤S311中常规单塔所在地面粗糙度类别，获取背景分量因子的中间变量γ的拟合系数kγ、aγ；
根据常规单塔的宽度、深度得到风振系数考虑整体外形变化的修正系数θv；
根据常规单塔的横担平均外伸长度、总高度、横担个数得到风振系数考虑附加面积的修正系数θa与风振系数考虑附加质量的修正系数θm的乘积θl；
根据常规单塔考虑所在地面粗糙度类别和带悬挑横担的影响因子，确定常规单塔荷载响应相关系数ρfr'的中间变量γB；
Figure FDA0003576972350000026
Figure FDA0003576972350000027
其中，荷载响应相关系数的中间变量γB的计算参数取值范围见表1；
根据常规单塔考虑带悬挑横担的影响因子，确定常规单塔剩余塔身、横担、横隔面处的新共振分量因子Rz *考虑脉动风荷载空间相关性的修正系数θηR；
S315：简化并得到常规单塔剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的计算公式并计算得到对应的剩余塔身的风振系数考虑局部外形变化的修正系数的θb(z)；
计算得到横担的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zI)和横隔面的风振系数考虑局部外形变化的修正系数θb(zJ)；
Figure FDA0003576972350000031
S316：考虑外形规律变化的影响因素，计算当塔高H确定时，新背景分量因子
Figure FDA0003576972350000032
考虑横担、横隔面的附加质量和附加面积的影响，计算新共振分量因子
Figure FDA0003576972350000033
Figure FDA0003576972350000034
S317：计算带悬挑横担常规单塔风振系数β(z)；其中，风振系数表达式为：
Figure FDA0003576972350000035
S4：考虑塔线耦合效应，求取塔线体系风荷载脉动折减系数εc；
S5：根据步骤S4得到的塔线体系风荷载脉动折减系数，对步骤S3中的塔线体系常规输电塔的风振系数、风偏角的风振系数β进行修正计算，得到塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)和塔线体系输电线的修正风振系数β*；
S6：采用有效荷载法计算常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载fESWL(z)；基于塔线分离法计算输电线设计风荷载WX。
2.根据权利要求1所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：步骤S2的具体步骤为：
S21：根据步骤S1的常规输电塔的塔线体系，得到常规输电塔塔线体系计算模型图；
所述塔线体系计算模型中的杆塔为密实结构，塔身为正方形的变截面，由下至上尺寸变小，横担为等截面；所述塔线体系计算模型中的导线两端等高，与固定铰支座连接；所述塔线体系计算模型中的杆塔高度为H，横担悬臂长度为lca，绝缘子长度为lin，导线跨度为L；导线挂点无高差
S22：设定输电线和绝缘子串振动的假设条件，得到的常规输电塔塔线体系中输电线和绝缘子串的振型图以及迎风面、被风面输电线和绝缘子串的广义质量、广义刚度和广义阻尼；并将常规输电塔塔线体系中输电线和绝缘子串组合形成索结构体系；
所述迎风面、被风面导线的广义质量计算公式为：
Figure FDA0003576972350000041
所述迎风面、被风面导线的广义刚度计算公式为：
Figure FDA0003576972350000042
所述迎风面、被风面导线的广义阻尼计算公式为：
Figure FDA0003576972350000043
mc为单根导线单位线长的质量；单根导线振型
Figure FDA0003576972350000044
γg为导线的自重比载；σ0为导线的水平初应力；Γ为导线的线长，
Figure FDA0003576972350000045
ζc＝ζsc+ζac；ζsc为导线结构阻尼比；ζac为导线启动阻尼比；Nc为分裂导线的个数；Tw为平均风状态下单根导线的水平张力；ζc为导线阻尼比；
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义质量计算公式为：
Figure FDA0003576972350000046
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义刚度计算公式为：
Figure FDA0003576972350000051
所述迎风面、被风面绝缘子串的广义阻尼计算公式为：
Figure FDA0003576972350000052
其中，min为绝缘子串单位高度质量；Din为绝缘子串迎风外径；绝缘子串振型
Figure FDA0003576972350000053
H-lin≤z≤H；ζin为绝缘子串阻尼比；
Figure FDA0003576972350000054
lin为绝缘子长度；其中，索结构体系对应的广义质量、广义刚度和广义阻尼的计算公式为：
Figure FDA0003576972350000055
Figure FDA0003576972350000056
S23：将步骤S22得到的数据构建索结构体系结合杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型；
S24：基于杆塔结构组成塔线耦合简化计算模型，求取常规输电塔塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值和单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值；从而得到二者的比例式；
S25：基于步骤S24得到的计算公式，推导常规输电塔悬挂输电线后塔线等效阻尼系数的计算公式，并计算塔线体系中杆塔等效阻尼系数。
3.根据权利要求2所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：步骤S24中所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量的均方值的计算公式为：
Figure FDA0003576972350000057
其中，
Figure FDA0003576972350000058
Figure FDA0003576972350000059
λn＝nci/nt；
Figure FDA0003576972350000061
Figure FDA0003576972350000062
Figure FDA0003576972350000063
Figure FDA0003576972350000064
杆塔1阶模态的振型φt(z)＝(z/H)2，0≤z≤H；
Figure FDA0003576972350000065
为杆塔的广义质量，
Figure FDA0003576972350000066
Mca为横担的质量，mt(z)为随高度变化的杆塔单位高度质量；
coh(z1,z2)为z1和z2高度处两点的脉动风速的相干函数；
Sf(nt)为归一化风速谱，nt为杆塔脉动风速的频率；
Figure FDA0003576972350000067
σv'为脉动风速的标准差；
Figure FDA0003576972350000068
为索结构与杆塔的广义质量比值，
Figure FDA0003576972350000069
λn为索结构与杆塔的频率比值；λn＝nci/nt；导线悬挂于杆塔的顶部，
Figure FDA00035769723500000610
ζt为总阻尼比；ζt＝ζst+ζat；ζst为杆塔结构阻尼比；ωt为杆塔无阻尼振动的圆频率；ζci为索结构总阻尼比，近视取导线阻尼比，ζci≈ζc，ζc＝ζsc+ζac；
ρa为空气密度，μs(z)为风压随高度变化系数；bs(z)为随高度变化的迎风面宽度；
Figure FDA00035769723500000611
随高度变化的平均风速，σv'为脉动风速的标准差；
ζat为杆塔气动阻尼比；
Figure FDA00035769723500000612
As,ca为横担的挡风面积；
所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的均方值为：
Figure FDA0003576972350000071
Figure FDA0003576972350000072
所述塔线体系下杆塔顺风向位移的共振分量和所述单塔时杆塔顺风向位移共振分量的比例式为：
Figure FDA0003576972350000073
步骤S25中推导常规输电塔悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式的步骤为：
悬挂导线后杆塔的等效阻尼比为：
Figure FDA0003576972350000074
其中，ρ与ζe的关系为：
Figure FDA0003576972350000075
对于输电塔线体系而言，索结构为柔性体系，卓越频率远小于杆塔的频率；则忽略λn的高阶项；
杆塔的阻尼比约为0.01，索结构的阻尼比小于1，则忽略
Figure FDA0003576972350000076
项；
导线悬挂于杆塔的顶部，
Figure FDA0003576972350000077
故悬挂导线后塔线等效阻尼系数的计算公式为：
Figure FDA0003576972350000078
4.根据权利要求1或3所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：塔线体系悬垂绝缘子串最大风偏角的风振系数β的步骤为：
S321：根据步骤S1中常规输电塔塔线体系的输电线、绝缘子串的物理参数，以重力和平均风荷载作用下作为导线和悬垂绝缘子串计算的初始条件，通过LRC方法确定悬垂绝缘子串风偏角的计算模型；
S322：计算常规输电塔塔线体系中输电塔之间导线单位面积的等效静力风荷载；
所述输电塔之间导线单位面积的等效静力风荷载pESWL的计算公式为：
Figure FDA0003576972350000081
式中，(:,i)表示矩阵的第i列元素；
Figure FDA0003576972350000082
为等效背景风压；
Figure FDA0003576972350000083
为平均风荷载；
导线在风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure FDA0003576972350000084
式中，
Figure FDA0003576972350000085
Y′分别为脉动风荷载作用下导线节点顺风向的加速度、速度和位移；
Figure FDA0003576972350000086
为平均风荷载作用下导线节点顺风向的位移；
M为质量矩阵；C为阻尼矩阵；K刚度矩阵；Ls为节点从属面积矩阵；
导线在脉动风荷载作用下的振动方程矩阵表达式为：
Figure FDA0003576972350000087
S323：计算悬垂绝缘子串的风振系数；
Figure FDA0003576972350000088
Figure FDA0003576972350000089
Figure FDA00035769723500000810
∑C表示对计算域内的元素进行求和；Γc为计算域内导线的线长；
Figure FDA00035769723500000811
为平均风荷载；
Figure FDA00035769723500000812
为等效背景风压。
5.根据权利要求1所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：塔线体系风荷载脉动折减系数εc的计算步骤为：
S41：构建常规输电塔线体系计算模型，并得到塔线体系计算模型图；
S42：根据常规输电塔，建立杆塔响应与杆塔风振系数的关系，得到塔高H处建立杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值σut(H)与杆塔风振系数β(H)的关系式；
当导线悬挂于杆塔顶部时，建立导线与导线风振系数的关系，得到导线荷载引起塔顶位移的均方根值σuc(H)的计算公式；
S43：根据步骤S41得到的内容，采用SRSS的方法确定塔线体系下杆塔的峰值响应计算公式；
S44：基于步骤S43的塔线体系下杆塔的峰值响应计算公式，采用塔线分离方法，引入杆塔风荷载脉动折减系数，并得到所述杆塔的峰值响应计算公式的等价峰值响应计算公式；
S45：以塔顶位移响应为目标，对步骤S44得到的所述杆塔的峰值响应计算公式的等价峰值响应计算公式进一步更新，得到带未知导线荷载引起塔顶位移的均方根值和未知杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值的脉动折减系数更新计算公式；
S46：将步骤S42中的计算得到的导线荷载引起塔顶位移的均方根值和杆塔荷载引起塔顶位移的均方根值带入步骤S45得到脉动折减系数的更新计算公式中，得到脉动折减系数的最终计算公式，并计算杆塔风荷载脉动折减系数；
Figure FDA0003576972350000091
其中，
Figure FDA0003576972350000092
6.根据权利要求1所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：
所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)和所述塔线体系输电线的修正风振系数β*的计算公式为：
Figure FDA0003576972350000101
7.根据权利要求1所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：有效荷载法计算得到的常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载fESWL(z)与所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)的关系式存在：
所述常规输电塔的塔线体系中常规输电塔设计风荷载fESWL(z)与所述塔线体系常规输电塔的修正风振系数β*(z)的关系式为：
Figure FDA0003576972350000102
其中，ξ1＝ξe；
Figure FDA0003576972350000103
Figure FDA0003576972350000104
Figure FDA0003576972350000105
Figure FDA0003576972350000106
m(z)＝m(0)μm(z)；
Figure FDA0003576972350000107
Sf(n)为归一化风速谱，
Figure FDA0003576972350000111
Iz(z)为z高度处的脉动风湍流密度；
Figure FDA0003576972350000112
Figure FDA0003576972350000113
I10为10m高度处的脉动风湍流密度；x′1为公式
Figure FDA0003576972350000114
中，n＝n1时的取值，n1为输电塔的1阶模态频率；
u1和ηxz1是与风场湍流特性和空间相关性等有关的系数，分别称为综合影响系数和空间相关性折减系数。
8.根据权利要求1所述的基于有效荷载法和塔线分离法考虑塔线耦合影响的常规输电塔、线设计风载荷的计算方法，其特征在于：基于塔线分离法计算输电线设计风荷载WX的计算公式为：
Figure FDA0003576972350000115
其中，β＝α'βc；α′为取值小于1的风压不均匀系数；μsc为导线阻力系数；βc为风荷载调整系数，计算风偏角时取1；Dc为子导线/地线的计算外径；Lp为杆塔的水平档距；Bl为覆冰时风荷载的增大系数；ω0为基本风压；μz为风压随高度变化系数；；Nc为分裂导线的个数；θ为风向角。
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