Page 22 - 电力与能源2023年第一期

16 陈泰然，等：风载荷下变电站可移动式伸缩围栏的抗倾覆稳定性分析及加固措施

构和载荷特征，确定了两种失稳模式，并分别验算
了稳定性。文献［14］将装船机分为 5 部分分别计
算倾覆力矩，通过稳定力矩与倾覆力矩的比值来
分析是否发生倾覆，并对防风拉索进行了稳定性
和强度校验。
在实际户外，围栏所受风载荷是一个大小和

方向时刻变化的动载荷，围栏通常在交变的风载
荷下摇晃倾倒。因为脉动风随机性较强，本文在 图 2 围栏受正向来风倾倒
前人研究的基础上，将围栏所受风载荷简化为大 数 ； μ s —— 风 载 荷 体 型 系 数 ；v—— 风 速 ，m·s ；
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小、方向固定的静态风载荷进行研究。针对其结 ω——单位面积上的风载荷，kN·m 。
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构特征分别计算各部件的风载荷，分析风载荷下 因此，风载荷计算公式为
围栏的抗倾覆稳定性，并设计加固措施。将围栏
F i = ωA i （3）
简化建模，通过流体仿真模拟了围栏表面风压，并 风载荷的作用可等效为等效作用点受力，等
利用动力学仿真验证了加固措施的有效性。 效作用点距地面高度记为 h i。
鲁中某地区 2020—2021 年地表日最大风速
1 围栏失稳的理论计算
气象记录如图 3 所示，抗倾覆要求围栏应能承受
1.1 结构说明 8 级大风（v 取该风级最大风速 20.7 m·s ）。
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变电站可移动式伸缩围栏由底座、立柱、伸缩
网、围栏绳组成，完全伸展后设置在平地上，如图 1
所示。围栏的正向迎风面积远大于侧向，并且围
栏结构受正向来风影响最大，如图 2 所示。因此，

着重研究正向水平来风时围栏以底座一端与地面
接触点为支点倾覆的情形，具有实际意义。
图 3 地表日最大风速
按 照 GB 50009—2012《 建 筑 结 构 荷 载 规
范》 ，在密集建筑群的城市市区，离地面或海平
［15］
面 5 m 的风压高度变化系数取 0.65，各种截面的
杆件体型系数取 1.3。围栏属于低矮、刚度相对较
大的结构，不考虑脉动风压的影响， β z 取 1，μ z 取

0.65， μ s 按杆件取 1.3，则单位面积风载荷 ω 的计算
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值为 0.226 3 kN·m 。围栏各组成部件的迎风面
图 1 变电站可移动式伸缩围栏 积 A i、重心与倾覆支点水平距离 d w 等力学参数如
分别计算围栏各组成部件的迎风面积 A i： 表 1 所示。
A i = D i L i （1） 由表 1 可以看出，风载荷倾覆力矩主要由伸
式中 D i，L i——第 i个迎风面的边长。 缩网和围栏绳产生，在之后的设计中可适当简化
作用在围栏单位面积上的风载荷 ω 计算公式 这两个部件以提高围栏的抗风能力。
如下： 1.2 倾覆力矩与稳定力矩
β z μ s μ z v 2 围栏的力矩分析如图 4 所示，风载荷作用产
ω = （2）
1 600 生倾覆力矩，围栏自重作用产生稳定力矩。
式中 β z——风振系数；μ z——风压高度变化系 围栏的总倾覆力矩为