复合横担杆塔风振响应计算方法及装置、存储介质、计算机设备与流程

本申请涉及输电线路抗风设计与结构动力分析，尤其是涉及到一种复合横担杆塔风振响应计算方法及装置、存储介质、计算机设备。

背景技术：

1、高压输电线路作为重要的生命线工程，其结构安全直接关系到电力系统的稳定运行。风荷载是导致输电塔线结构损伤和失效的主要动力因素，传统的角钢输电塔因自身挡风面积大、风致振动响应剧烈，且对线路走廊宽度要求较高，在强风作用下暴露出明显的结构缺陷。近年来，复合材料（如玻璃纤维增强聚合物gfrp）因其轻质、高强、绝缘和耐腐蚀等优点，被逐步应用于输电杆塔横担的轻量化改造与性能提升，以替代传统角钢横担并期望改善线路的抗风性能。

2、然而，现有针对复合材料横担的研究大多集中于静力承载性能和电气绝缘特性，对于改造后的输电杆塔整体结构在随机脉动风荷载作用下的动力响应特性，尤其是考虑塔体与输电线之间耦合效应的精细化评估方法，目前尚缺乏系统性研究。现有的风振分析方法要么将塔体和导线分开单独计算，无法真实反映塔-线耦联体系（塔体振动与导线摆动相互影响）的动力特性；要么采用等效静力法，难以准确捕捉脉动风高频激励下的结构共振响应和时变特征，导致评估结果与工程实际存在偏差。

3、尽管如此，复合材料横担因其轻质、高强和绝缘等固有特性，在降低塔身自重、减小风荷载传递路径以及压缩线路走廊宽度方面已展现出显著优势。现有静力试验和初步分析表明，复合横担能有效减小导线风偏并提升塔体刚度，这些优势为输电杆塔抗风性能的改善提供了潜在可能。然而，由于缺乏能够综合考虑随机风场、塔-线耦联效应的动力响应计算方法，复合材料横担改造对输电杆塔整体抗风能力的定量提升效果尚未得到科学评估。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供了一种复合横担杆塔风振响应计算方法及装置、存储介质、计算机设备，第一，通过塔-线耦联建模和随机风场模拟，弥补了传统方法将塔、线分开计算或采用等效静力风无法反映时变特征的缺陷，使评估结果更贴近工程实际；第二，通过时域与频域双视角分析能识别共振等隐性风险，为结构优化提供精准依据；第三，由于建立了完整的计算流程，可以直接将复合横担改造塔与传统角钢塔在完全相同的荷载工况下进行对比，定量给出导线风偏降幅、塔顶位移变化、横风向剪力增量、杆件轴力增幅等数据，从而科学判断改造带来的抗风收益（如压缩线路走廊）和新增风险（如横风向基底反力增大）。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种复合横担杆塔风振响应计算方法，包括：

3、建立目标输电线路的塔-线耦联体系有限元模型，其中，所述塔-线耦联体系有限元模型包括杆塔模型、复合横担模型以及与杆塔连接的导线模型；

4、生成作用于所述塔-线耦联体系有限元模型上的随机风场时程，其中，所述随机风场包括平均风分量和脉动风分量，并考虑空间不同点处脉动风速的相干性；

5、基于所述随机风场时程，对所述塔-线耦联体系有限元模型进行瞬态动力学分析，求解塔-线耦联体系在时域内的动力响应，并在分析过程中计入风与所述塔-线耦联体系之间的气动耦合效应；

6、从所述动力响应中提取关键响应指标的时程数据，其中，所述关键响应指标包括导线位移、导线张力、塔体位移、基底剪力以及杆件轴力中的至少一种；

7、对所述时程数据进行时域统计分析，得到时域分析结果，并对所述时程数据进行基于功率谱密度函数的频域分析，得到频域分析结果，根据所述时域分析结果以及所述频域分析结果，评估复合横担杆塔的风振响应特性。

8、根据本申请的另一方面，提供了一种复合横担杆塔风振响应计算装置，包括：

9、模型建立模块，用于建立目标输电线路的塔-线耦联体系有限元模型，其中，所述塔-线耦联体系有限元模型包括杆塔模型、复合横担模型以及与杆塔连接的导线模型；

10、风场时程生成模块，用于生成作用于所述塔-线耦联体系有限元模型上的随机风场时程，其中，所述随机风场包括平均风分量和脉动风分量，并考虑空间不同点处脉动风速的相干性；

11、求解模块，用于基于所述随机风场时程，对所述塔-线耦联体系有限元模型进行瞬态动力学分析，求解塔-线耦联体系在时域内的动力响应，并在分析过程中计入风与所述塔-线耦联体系之间的气动耦合效应；

12、时程数据提取模块，用于从所述动力响应中提取关键响应指标的时程数据，其中，所述关键响应指标包括导线位移、导线张力、塔体位移、基底剪力以及杆件轴力中的至少一种；

13、风振响应评估模块，用于对所述时程数据进行时域统计分析，得到时域分析结果，并对所述时程数据进行基于功率谱密度函数的频域分析，得到频域分析结果，根据所述时域分析结果以及所述频域分析结果，评估复合横担杆塔的风振响应特性。

14、依据本申请又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述复合横担杆塔风振响应计算方法。

15、依据本申请再一个方面，提供了一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述复合横担杆塔风振响应计算方法。

16、借由上述技术方案，本申请提供的一种复合横担杆塔风振响应计算方法及装置、存储介质、计算机设备，第一，通过塔-线耦联建模和随机风场模拟，弥补了传统方法将塔、线分开计算或采用等效静力风无法反映时变特征的缺陷，使评估结果更贴近工程实际；第二，通过时域与频域双视角分析能识别共振等隐性风险，为结构优化提供精准依据；第三，由于建立了完整的计算流程，可以直接将复合横担改造塔与传统角钢塔在完全相同的荷载工况下进行对比，定量给出导线风偏降幅、塔顶位移变化、横风向剪力增量、杆件轴力增幅等数据，从而科学判断改造带来的抗风收益（如压缩线路走廊）和新增风险（如横风向基底反力增大）。

17、上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。

1.一种复合横担杆塔风振响应计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立目标输电线路的塔-线耦联体系有限元模型，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成作用于所述塔-线耦联体系有限元模型上的随机风场时程，包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述随机风场时程，对所述塔-线耦联体系有限元模型进行瞬态动力学分析，求解塔-线耦联体系在时域内的动力响应，并在分析过程中计入风与所述塔-线耦联体系之间的气动耦合效应，包括：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述关键响应指标包括杆件轴力和导线位移时，所述对所述时程数据进行时域统计分析，得到时域分析结果，包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述时程数据进行基于功率谱密度函数的频域分析，得到频域分析结果，包括：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

8.一种复合横担杆塔风振响应计算装置，其特征在于，包括：

9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法。