1.3 存在的问题和不足

高压输电塔线体系是重要的生命线工程，兼有高耸结构和大跨度结构的共同特点，对风荷载的作用反应敏感，风荷载已成为输电塔线体系结构设计的主要控制性因素之一，由于对输电塔线体系缺乏系统深入的基础性和理论性的研究，导致其在风荷载作用下的破坏时有发生，造成了巨大的经济损失（见表1.1）。输电塔线体系在强风作用下的破坏或功能失效表明，一方面对塔线体系风荷载作用和结构的动力响应特性认识上存在不足，另一方面也说明，现有的设计理论存在缺陷，要提高输电塔线体系的设计水平以及抵抗自然灾害的能力，必须全面系统的对灾害作用机理及结构体系反应性状进行深入研究。目前，输电塔线体系抗风研究中存在的问题与不足有以下几方面。

（1）风荷载及其作用机理。塔线体系是一种复杂的空间耦联体系，风荷载的作用十分复杂，作为支撑结构的格构式输电塔是由大量角钢、圆钢或组合杆件组成的复杂的空间桁架体，大量实测及风洞试验都表明，格构式输电塔上的动力风荷载是三维的，不仅在顺风向塔架的动力风荷载十分显著，在横风向和扭转向塔架的动力风荷载也必须考虑。顺风向振动的激励决定于脉动风速谱（也即准定常假设仅适用于顺风向荷载和振动分析），而横风向的激励机制和顺风向激励机制不同。搞清楚不同风向风荷载激励机制是建立更科学的结构风作用模型的基础。要认识格构式结构的风荷载作用机制，主要应该通过现场观测、分析和风洞试验，以往输电塔风洞试验多为塔架刚性模型测静态风效应和气弹模型风洞试验，而刚体模型荷载试验比气动弹性模型试验对认识荷载作用机制更为重要。

输电塔与一般格构式塔架结构最大的区别在于其塔头部具有较大的质量和复杂的几何外形，而且由于其处于塔的顶部，对风荷载更为敏感，以往的输电塔刚性模型风洞试验模型简单，且针对的是整塔模型，试验获得的也是全塔的风荷载特性，但由于塔头、塔身在外形上存在显著差异，整塔采用相同的风力系数并不合适，分别获得塔头和塔身结构的风力分布，将会使结构分析更加精确。

此外，风雨、风雪、覆冰等环境耦合激励机制也有待深入研究。

（2）动力响应特性。动力响应特性的研究必须建立在正确认识荷载及其作用机理的基础上，国内外，对塔线体系顺风向荷载模型已有较充分的研究，但对横风向和扭转向动力风荷载模型的研究极少，荷载模型的正确与否直将接影响结构响应的分析结果。

输电塔线体系动力响应分析首先要解决力学模型问题，国内外不同学者根据研究重点的不同，建立了不同的力学模型对输电塔线耦联体系动力响应进行了动力响应分析（参见本书1.1.2.2节），并简化了模型的采用，将复杂问题简单化，提高了计算效率。但是由于采用了质量集中，刚度等效的方法，模态叠加法进行风致响应分析时，通常只能考虑整体振动模态。输电塔线体系实际上是由复杂三维空间桁架结构和非线性很强的导线构成，在实际结构进行动力响应分析时，不可避免的将会受到局部振动模态的影响，各阶模态对响应的贡献、局部振动模态对响应的影响以及简化模型的计算精度都需深入分析。建立塔线耦合体系响应分析模型与计算方法，是结构系风振响应简化计算与等效静力风荷载研究的基础。

此外，风雨致振动、风与导线覆冰引起的塔线耦合振动等环境激励下的塔线耦合动力响应、导线驰振稳定性等方面也有待深入分析研究。

（3）风洞试验。输电塔线体系的模型设计存在几何相似难以实现的困难。一方面模型比例很小，精度要求高，几何相似比的确定主要取决于结构原型的高度、风洞试验段的截面尺寸（宽度至少满足导线挡距要求）和模拟紊流风场的梯度风高度等；另一方面输电塔线体系的构件和整体截面都很小，在模型材料的选择上很难满足要求，制作模型时完全按相似条件来实现模型材料的弹性模量相似是不可能的。同时，由于目前尚无模拟非线性作用的相似律，所以无法较好地模拟大垂度导线的非线性作用；导线雷诺数效应的精确模拟也是目前难以解决的问题。

（4）设计方法。各国输电线系统规范中的风荷载条文通常只考虑顺风向风荷载的影响，并不考虑横风向、扭转向以及塔线耦联风致振动效应，倒塔事故的频发，说明荷载规范中存在明显不足，尤其是横风向、扭转向风荷载对结构的影响需进一步的完善。

此外，在疲劳与寿命预测、振动控制、计算仿真等方面仍有许多缺陷有待于改进和完善。

总的来说，输电塔线体系抗风研究尚不够深入，无论是荷载作用机理，还是体系分析方法都存在较多的不足。对输电塔线体系风效应进行深入的研究，具有理论意义与应用价值。