Page 23 - 电力与能源2023年第一期

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 17

表 1 围栏各部件参数
序号 部件 迎风面积 A i /m 2 风载荷等效作用点高度 h i /m 风载荷 F i /N 总重力 G w /N 重心与倾覆支点水平距离 d w /m
1 底座 0.003 15 0.001 5 0.7
2 立柱 0.117 0.615 26.5
123.5 0.2
3 伸缩网 0.36 0.65 81.5
4 围栏绳 0.12 1.17 27.2

变现有围栏本体结构的前提下，可通过压覆重物、
安装支架的方式来提高其抗倾覆稳定性。
2.1 压覆重物
为适应不同方向来风，将重物压覆在立柱根
部两侧，通过增加重力来提高围栏的总稳定力矩。
当重物的重力 G 满足下式时，围栏稳定。
M S + Gd w - M T > 0 （6）
经计算，压覆重物重力 G>382 N 时围栏可在
8 级大风下稳定。围栏自身重力约 123.5 N，该方
法效率较低。

2.2 安装支架
在围栏三个立柱两侧共安装 6 个支架，通过
图 4 围栏的力矩分析
增加重心到倾覆支点的水平距离来提高围栏的总
4
M T = ∑ F i h i （4） 稳定力矩，如图 5 所示。
i = 1
围栏的总稳定力矩为
（5）
M S = G w d w
若 M S ≥ M T，则围栏稳定，否则围栏起倾直至
倒伏。经计算， M S = 24.7 N ⋅ m，围栏在 0～9 级风
下的倾覆力矩如表 2 所示。由此可见，围栏在 5 级

以上大风下不稳定。
表 2 0～9 级风下围栏倾覆力矩
风速区间/ 最低倾覆力矩/ 最高倾覆力
风级 图 5 围栏支架
-1
（m·s ） （N·m） 矩/（N·m）
0 0～0.2 0 0.01 不考虑支架重力，当围栏支架的水平长度 L
1 0.3～1.5 0.02 0.53
满足下式时，围栏稳定。
2 1.6～3.3 0.60 2.57
G w L - M T > 0 （7）
3 3.4～5.4 2.72 6.87
4 5.5～7.9 7.13 14.71 经计算，围栏支架水平长度 L>0.82 m 时围
5 8.0～10.7 15.09 26.99
栏可在 8 级大风中稳定。
6 10.8～13.8 27.50 44.89
7 13.9～17.1 45.55 68.93
3 仿真分析
8 17.2～20.7 69.74 101.01
9 20.8～24.4 101.99 140.35
3.1 模型建立
本文在 SolidWorks 中建立围栏-地面模型，采
2 围栏加固措施
用自下而上的方式建立底座、立柱、伸缩网、围栏
由式（3）~（5）可知，围栏迎风面积、高度、重 绳等部件，将围栏与地面组成装配体。实际的围
力及底座长度影响围栏的抗倾覆稳定性。在不改 栏伸缩网由 28 个圆杆以螺栓连接的方式组成，为