一种输电杆塔的水平横担风荷载确定方法及装置与流程

1.本发明涉及输电杆塔受力分析技术领域，具体涉及一种输电杆塔的水平横担风荷载确定方法及装置。


背景技术：

2.近几年因全球变暖等影响，天气条件呈现逐步恶劣的趋势，电网每年由强风造成的损失巨大，每次造成的供电系统的瘫痪对生产和生活也影响巨大，且一旦出现杆塔倒塌的情况修复缓慢。随着“智数”时代的到来，智能数字化仿真建模且精细化模拟的要求也日益提高，电网对灾害防控的力度也一直在加大。输电杆塔是风敏感结构，水平横担风荷载的取值对输电铁塔结构的影响至关重要。
3.现阶段对于杆塔风荷载的模拟仿真多从杆塔单元坐标系出发，以顺导线方向为基准，计算出杆塔单元的角度风荷载。在dl/t 5551-2018《架空输电线路荷载规范》中规定：悬垂型杆塔应计算与线路风向成0
°
、45
°
(或60
°
)及90
°
的三种基本风速的风向。角度风示意图如图1所示，θ为风向与y轴的夹角，角度风荷载在杆塔水平横担上的分配如表1所示。
4.表1
[0005][0006]
其中，x、y分别为垂直于顺导线、地线方向，ws为输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值，在《架空输电线路荷载规范》中要求的计算为满足大多数区域施工要求的保守计算，除无法模拟出真实工程环境风的影响，也无法满足进一步精细化仿真模拟的需求。风速风向的实时变化以及输电线路中批量杆塔多塔位方向角将极大影响计算与仿真结果，规范中的计算无法支撑后续对杆塔疲劳劳损情况风险预估的模拟，同时也无法指导运维人员工作对风险进行防控防范。


技术实现要素：

[0007]
为了克服上述缺陷，本发明提出了一种输电杆塔的水平横担风荷载确定方法及装置。
[0008]
第一方面，提供一种输电杆塔的水平横担风荷载确定方法，所述输电杆塔的水平横担风荷载确定方法包括：
[0009]
基于输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值确定输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载；
[0010]
基于所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载确定输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载。
[0011]
优选的，所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的计算式如下：
[0012]fw
＝[sin(90-θ φ) 0.45cos(90-θ φ)]ws[0013]
上式中，fw为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载，θ为任意风的风向与南风的夹角角度，φ为输电杆塔旋转方位角，ws为输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值。
[0014]
进一步的，所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的计算式如下：
[0015][0016]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0017]
进一步的，所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的计算式如下：
[0018][0019]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力，f
wx
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，f
wy
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0020]
进一步的，所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力f
wx
的计算式如下：
[0021]fwx
＝fwsin(θ-φ)
[0022]
＝[sin(90-θ φ)sin(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)sin(θ-φ)]ws[0023]
所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力f
wy
的计算式如下：
[0024]fwy
＝fwcos(θ-φ)
[0025]
＝[sin(90-θ φ)cos(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)cos(θ-φ)]ws。
[0026]
第二方面，提供一种输电杆塔的水平横担风荷载确定装置，所述输电杆塔的水平横担风荷载确定装置包括：
[0027]
第一确认模块，用于基于输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值确定输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载；
[0028]
第二确认模块，用于基于所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载确定输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载。
[0029]
优选的，所述第一确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载：
[0030]fw
＝[sin(90-θ φ) 0.45cos(90-θ φ)]ws[0031]
上式中，fw为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载，θ为任意风的风向与南风的夹角角度，φ为输电杆塔旋转方位角，ws为输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值。
[0032]
进一步的，所述第二确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载：
[0033][0034]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0035]
进一步的，所述第二确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载：
[0036][0037]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力，f
wx
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，f
wy
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0038]
进一步的，所述第二确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力f
wx
：
[0039]fwx
＝fwsin(θ-φ)
[0040]
＝[sin(90-θ φ)sin(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)sin(θ-φ)]ws[0041]
所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力f
wy
的计算式如下：
[0042]fwy
＝fwcos(θ-φ)
[0043]
＝[sin(90-θ φ)cos(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)cos(θ-φ)]ws。
[0044]
第三方面，提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法。
[0045]
第四方面，提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法。
[0046]
本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：
[0047]
本发明提供了一种输电杆塔的水平横担风荷载确定方法及装置，包括：基于输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值确定输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载；基于所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载确定输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载。本发明提供的技术方案将0
°
、45
°
、60
°
及90
°
的输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值扩展为全局坐标系中任意的风速及风向角的水平横担风荷载，有助于解决对仿真模拟精细化要求日益增高的问题，更全面的模拟出杆塔运行的环境与实时仿真功能。
[0048]
进一步的，通过水平横担风荷载在笛卡尔坐标系与全局坐标系中的转换计算，提高了仿真工作的工作效率，统一了批量杆塔不同塔位角的分量方向，解决了力叠加方向的难题，为后续杆塔体系及其他影响因素的仿真建模提供有力的支撑，增大了同时仿真模拟区域面积。
附图说明
[0049]
图1是本发明实施例的输电杆塔笛卡尔坐标系下的角度风示意图；
[0050]
图2是本发明实施例的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法的主要步骤流程示意图；
[0051]
图3是本发明实施例的全局坐标系下带有塔方位角的输电杆塔示意图；
[0052]
图4是本发明实施例的输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的受力分析图；
[0053]
图5是本发明实施例的输电杆塔的水平横担风荷载确定装置的主要结构框图。
具体实施方式
[0054]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
[0055]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
参阅附图2，图2是本发明的一个实施例的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法的主要步骤流程示意图。如图2所示，本发明实施例中的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法主要包括以下步骤：
[0057]
步骤s101：基于输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值确定输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载；
[0058]
步骤s102：基于所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载确定输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载。
[0059]
本实施例中，所述输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值可以为dl/t 5551-2018《架空输电线路荷载规范》中定义杆塔风荷载的标准值，计算公式如下：
[0060]ws
＝(v
02
/1600)
×
μz×
μs×
b2×as
[0061]
其中，v0为基本风速，μz为高度z处的杆塔风振系数，μs为构件体型系数，b2为杆塔构件覆冰风荷载增大系数，as为迎风面构件的投影面积计算值；
[0062]
在全局坐标系中，一条完整线路上的杆塔都有不同的塔位角，如图3所示，在全局坐标系条件下计算出带有塔方位角的水平横担风荷载，以此进行完整线路批量化计算。
[0063]
具体的，首先需要确定输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载，计算式如下：
[0064]fw
＝[sin(90-θ φ) 0.45cos(90-θ φ)]ws[0065]
上式中，fw为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载，θ为任意风的风向与南风的夹角角度，φ为输电杆塔旋转方位角，ws为输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值。
[0066]
进一步的，输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的受力分析图如图4所示，所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的计算式如下：
[0067][0068]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0069]
在另一个实施方式中，所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的计算式如下：
[0070][0071]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力，f
wx
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，f
wy
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0072]
其中，所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力f
wx
的计算式如下：
[0073]fwx
＝fwsin(θ-φ)
[0074]
＝[sin(90-θ φ)sin(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)sin(θ-φ)]ws[0075]
所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力f
wy
的计算式如下：
[0076]fwy
＝fwcos(θ-φ)
[0077]
＝[sin(90-θ φ)cos(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)cos(θ-φ)]ws。
[0078]
基于同一发明构思，本发明提供一种输电杆塔的水平横担风荷载确定装置，如图5所示，所述输电杆塔的水平横担风荷载确定装置包括：
[0079]
第一确认模块，用于基于输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值确定输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载；
[0080]
第二确认模块，用于基于所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载确定输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载。
[0081]
优选的，所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的计算式如下：
[0082]fw
＝[sin(90-θ φ) 0.45cos(90-θ φ)]ws[0083]
上式中，fw为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载，θ为任意风的风向与南风的夹角角度，φ为输电杆塔旋转方位角，ws为输电杆塔的水平横担风荷载的标准风压值。
[0084]
进一步的，所述第一确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载：
[0085][0086]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0087]
进一步的，所述第二确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载：
[0088][0089]
上式中，f
x
为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，fy为输电杆塔在全局坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力，f
wx
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力，f
wy
为输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力。
[0090]
进一步的，所述第二确认模块，具体用于按照下述公式确定所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的横轴方向分力f
wx
：
[0091]fwx
＝fwsin(θ-φ)
[0092]
＝[sin(90-θ φ)sin(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)sin(θ-φ)]ws[0093]
所述输电杆塔在笛卡尔坐标系下任意风向的水平横担风荷载的纵轴方向分力f
wy
的计算式如下：
[0094]fwy
＝fwcos(θ-φ)
[0095]
＝[sin(90-θ φ)cos(θ-φ) 0.45cos(90-θ φ)cos(θ-φ)]ws。
[0096]
进一步的，本发明提供一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行所述的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法。
[0097]
进一步的，本发明提供一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行所述的输电杆塔的水平横担风荷载确定方法。
[0098]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0099]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0100]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0101]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0102]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。