本發(fā)明涉及輸電塔風(fēng)荷載計算，具體涉及一種輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算方法、裝置、介質(zhì)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、輸電線路桿塔，作為支撐架空輸電線路導(dǎo)線和地線的關(guān)鍵設(shè)施，其安全性與可靠性對整個輸電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有舉足輕重的作用。桿塔結(jié)構(gòu)的建造成本占據(jù)了本體投資的重要部分，其經(jīng)濟(jì)性直接影響了整條線路的投資效益。角鋼輸電塔因其便捷的連接方式和相對較低的材料成本，成為輸電線路鐵塔市場的熱門選擇。其中，風(fēng)荷載是角鋼輸電塔設(shè)計過程中需要重點考慮的控制荷載。深入研究風(fēng)荷載的作用機(jī)理及其在桿塔上的分布特點，對于準(zhǔn)確評估角鋼塔在風(fēng)荷載作用下的靜力和動力性能至關(guān)重要，有助于確保輸電塔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，為電力輸送提供可靠的支持。

2、格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載計算方法目前主要有兩種途徑：其一，是采取直接計算的方式，以獲取整個塔架或特定節(jié)段的風(fēng)荷載。這種方法將風(fēng)荷載分解為順線向和橫線向兩個方向，依據(jù)各自迎風(fēng)面的實度比進(jìn)行計算，流程簡潔明了。然而，當(dāng)兩個塔的實度比一致時，不論塔架的幾何形態(tài)有何差異，其風(fēng)荷載計算結(jié)果均相同。這種方法主要是基于經(jīng)驗受風(fēng)面積分配進(jìn)行近似估算，雖然簡便，但對于風(fēng)荷載在塔架桿件間的具體分布情況尚難精確描述。其二，是通過對每根獨立桿件的風(fēng)荷載進(jìn)行疊加來得出整體風(fēng)荷載。這種方法計算過程較為復(fù)雜，但它基于流體力學(xué)原理，充分考慮了桿件幾何形態(tài)的影響，因此在精確度上較第一種方法更勝一籌。不過，這一方法的不足之處在于，體型系數(shù)的取值主要依據(jù)單根獨立桿件的試驗數(shù)據(jù)，未能充分考慮到各桿件之間的干擾效應(yīng)，因此難以完全反映桿件在真實環(huán)境中的風(fēng)荷載特性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算方法、裝置、介質(zhì)及設(shè)備，通過在充分考慮各桿件之間的干擾效應(yīng)后，計算塔架中每根桿件的實際風(fēng)荷載，再疊加得出塔架整體風(fēng)荷載，計算結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

2、第一方面，本發(fā)明提出一種輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算方法，包括如下步驟：

3、根據(jù)三維格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的幾何信息、風(fēng)特性、單根標(biāo)準(zhǔn)桿件阻力系數(shù)、桿件二維尾流流場及其邊界，計算獲得每根桿件的折減風(fēng)速比；

4、根據(jù)所有桿件的折減風(fēng)速比，計算每根桿件的風(fēng)荷載；

5、疊加所有桿件的風(fēng)荷載，獲得輸電塔架結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)荷載。

6、進(jìn)一步的，所述每根桿件的折減風(fēng)速比的計算步驟如下：

7、搜索三維格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)中所有的未遮擋桿件，并令其風(fēng)速比為1；

8、通過限制參數(shù)確定每根未遮擋桿件的尾流區(qū)域范圍，找出被每根未遮擋桿件遮擋的所有被遮擋桿件；

9、通過未遮擋桿件二維尾流流場中每根被遮擋桿件與其對應(yīng)未遮擋桿件的相對位置，插值計算得到每根被遮擋桿件的折減風(fēng)速比。

10、進(jìn)一步的，所述限制參數(shù)為(x/d)max、(z/d)max，其中，x為未遮擋桿件在二維尾流流場的x軸坐標(biāo)，z為未遮擋桿件在二維尾流流場的z軸坐標(biāo)，d為角鋼肢邊長度。

11、進(jìn)一步的，所述通過限制參數(shù)確定每根未遮擋桿件的尾流區(qū)域范圍，找出被每根未遮擋桿件遮擋的所有被遮擋桿件的步驟中，建立一個每根未遮擋桿件的遮擋桿件列表，將該根未遮擋桿件的所有被遮擋桿件放入遮擋桿件列表中，然后根據(jù)遮擋桿件列表逐一計算每根被遮擋桿件的折減風(fēng)速比。

12、進(jìn)一步的，在計算得到每根被遮擋桿件的折減風(fēng)速比的過程中，若某根被遮擋桿件被多根未遮擋桿件遮擋，則該被遮擋桿件的折減風(fēng)速比為其所有折減風(fēng)速比的調(diào)和平均值，計算公式為：

13、

14、其中，ρu為折減風(fēng)速比的調(diào)和平均值，ρu1～ρun為被遮擋桿件插值計算得到的各個折減風(fēng)速比，n為被遮擋桿件插值計算得到的折減風(fēng)速比的個數(shù)。

15、進(jìn)一步的，所述根據(jù)所有桿件的折減風(fēng)速比，計算每根桿件的風(fēng)荷載的步驟中，每根桿件的風(fēng)荷載的計算公式為：

16、fi＝1/2ρ(ρuiv)2cdasi

17、其中，fi為第i根桿件的風(fēng)荷載，ρ為空氣密度；ρui為第i根桿件的折減風(fēng)速比；v為來流風(fēng)速；cd為格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)中角鋼構(gòu)件的阻力系數(shù)；asi為格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)中第i根桿件迎風(fēng)面的投影面積。

18、進(jìn)一步的，所述疊加所有桿件的風(fēng)荷載，獲得輸電塔架結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)荷載的公式為：

19、

20、其中，f為輸電塔架結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)荷載，fi為第i根桿件的風(fēng)荷載，m為塔架結(jié)構(gòu)所有桿件總數(shù)。

21、第二方面，本發(fā)明提出一種輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算裝置，用于實現(xiàn)如第一方面所述的輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算方法，所述裝置包括：

22、數(shù)據(jù)輸入模塊，用于三維格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的幾何信息、風(fēng)特性、單根標(biāo)準(zhǔn)桿件阻力系數(shù)、桿件二維尾流流場及其邊界；

23、折減風(fēng)速比計算模塊，用于輸入根據(jù)三維格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的幾何信息、風(fēng)特性、單根標(biāo)準(zhǔn)桿件阻力系數(shù)、桿件二維尾流流場及其邊界，計算獲得每根桿件的折減風(fēng)速比；

24、桿件風(fēng)荷載計算模塊，用于根據(jù)所有桿件的折減風(fēng)速比，計算每根桿件的風(fēng)荷載；

25、整體風(fēng)荷載計算模塊，用于疊加所有桿件的風(fēng)荷載，獲得輸電塔架結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)荷載。

26、所述折減風(fēng)速比計算模塊計算每根桿件的折減風(fēng)速比的步驟如下：

27、搜索三維格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)中所有的未遮擋桿件，并令其風(fēng)速比為1；

28、通過限制參數(shù)確定每根未遮擋桿件的尾流區(qū)域范圍，找出被每根未遮擋桿件遮擋的所有被遮擋桿件；

29、通過未遮擋桿件二維尾流流場中每根被遮擋桿件與其對應(yīng)未遮擋桿件的相對位置，插值計算得到每根被遮擋桿件的折減風(fēng)速比。

30、進(jìn)一步的，所述限制參數(shù)為(x/d)max、(z/d)max，其中，x為未遮擋桿件在二維尾流流場的x軸坐標(biāo)，z為未遮擋桿件在二維尾流流場的z軸坐標(biāo)，d為角鋼肢邊長度。

31、進(jìn)一步的，所述通過限制參數(shù)確定每根未遮擋桿件的尾流區(qū)域范圍，找出被每根未遮擋桿件遮擋的所有被遮擋桿件的步驟中，建立一個每根未遮擋桿件的遮擋桿件列表，將該根未遮擋桿件的所有被遮擋桿件放入遮擋桿件列表中，然后根據(jù)遮擋桿件列表逐一計算每根被遮擋桿件的折減風(fēng)速比。

32、進(jìn)一步的，所述桿件風(fēng)荷載計算模塊在計算得到每根被遮擋桿件的折減風(fēng)速比的過程中，若某根被遮擋桿件被多根未遮擋桿件遮擋，則該被遮擋桿件的折減風(fēng)速比為其所有折減風(fēng)速比的調(diào)和平均值，計算公式為：

33、

34、其中，ρu為折減風(fēng)速比的調(diào)和平均值，ρu1～ρun為被遮擋桿件插值計算得到的各個折減風(fēng)速比，n為被遮擋桿件插值計算得到的折減風(fēng)速比的個數(shù)。

35、進(jìn)一步的，所述桿件風(fēng)荷載計算模塊根據(jù)所有桿件的折減風(fēng)速比，計算每根桿件的風(fēng)荷載的步驟中，每根桿件的風(fēng)荷載的計算公式為：

36、fi＝1/2ρ(ρuiv)2cdasi

37、其中，fi為第i根桿件的風(fēng)荷載，ρ為空氣密度；ρui為第i根桿件的折減風(fēng)速比；v為來流風(fēng)速；cd為格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)中角鋼構(gòu)件的阻力系數(shù)；asi為格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)中第i根桿件迎風(fēng)面的投影面積。

38、進(jìn)一步的，所述整體風(fēng)荷載計算模塊疊加所有桿件的風(fēng)荷載，獲得輸電塔架結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)荷載的公式為：

39、

40、其中，f為輸電塔架結(jié)構(gòu)的整體風(fēng)荷載，fi為第i根桿件的風(fēng)荷載，m為塔架結(jié)構(gòu)所有桿件總數(shù)。

41、第三方面，本發(fā)明提出一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)包括存儲的計算機(jī)程序；其中，所述計算機(jī)程序在運行時控制所述計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)所在的設(shè)備執(zhí)行如第一方面所述的輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算方法。

42、第四方面，本發(fā)明提出一種終端設(shè)備，包括處理器、存儲器以及存儲在所述存儲器中且被配置為由所述處理器執(zhí)行的計算機(jī)程序，所述處理器在執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)如第一方面所述的輸電塔風(fēng)荷載精細(xì)化計算方法。

43、有益效果：

44、1、本發(fā)明充分考慮了各桿件之間的干擾效應(yīng)，然后計算塔架結(jié)構(gòu)中每根桿件的實際風(fēng)荷載，再疊加得出塔架結(jié)構(gòu)整體風(fēng)荷載，計算結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

45、2、本發(fā)明通過逐步評估每個桿件的入口風(fēng)速，并考慮到相互遮擋的影響，可以更準(zhǔn)確地獲得每個桿件的風(fēng)速比，并為后續(xù)的風(fēng)荷載計算提供準(zhǔn)確的輸入，從而有助于提高塔架結(jié)構(gòu)整體風(fēng)荷載計算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

46、3、本發(fā)明在某個桿件被多個桿件遮擋的情況下，由于折減風(fēng)速比越小，被遮擋桿件對其的影響越大，因此通過調(diào)和平均值可以更加重視較小的折減風(fēng)速比，從而更好地捕捉這種影響，并提供更準(zhǔn)確的桿件有效風(fēng)速估計。

47、4、將本發(fā)明提出方法與風(fēng)洞試驗、傳統(tǒng)整體節(jié)段計算方法的結(jié)果進(jìn)行對比，考慮干擾效應(yīng)后，本發(fā)明的計算結(jié)果均小于規(guī)范風(fēng)荷載。本發(fā)明的計算結(jié)果與試驗風(fēng)荷載計算結(jié)果的差異都在2％以內(nèi)，而試驗值與規(guī)范值之間差異約為19％，這充分證明了本發(fā)明所提出的方法的準(zhǔn)確性。

48、5、在三種風(fēng)向角下，將本發(fā)明所述方法所得計算結(jié)果與規(guī)范計算結(jié)果進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明不僅提高了風(fēng)荷載計算的準(zhǔn)確性，而且有助于優(yōu)化塔架結(jié)構(gòu)的設(shè)計，提升了其在復(fù)雜風(fēng)環(huán)境下的穩(wěn)定性和安全性。