技术领域
[0001] 本
发明涉及输电塔调谐减振技术领域，尤其涉及一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法。
背景技术
[0002] 大跨越高压和超高压交直流输电塔—输电线系统具有高耸、跨度大、柔性强等特点，其自振
频率接近强
风的频率，风敏感性较强，在
风力作用下响应较大，容易发生因风荷载而造成的结构体系破坏事故，导致供电系统瘫痪，给国民经济带来重大损失。
[0003] 传统的输电塔抗风设计主要通过增加结构本身的抗
风能力(如：加强结构、加大构件截面或构件材质、提高结构
刚度等)来抵御风荷载的作用。这种设计方法不经济，也缺乏自我调节能力，不能针对强风激励做出相应的调整，无法满足风激励带有较强随机性的要求。合理有效的抗风途径是对输电
铁塔结构施加控制系统，由控制系统与结构共同承受外界强风荷载的作用，即共同储存和耗散风振
能量。随着输电塔向高耸和大型化方向发展，减振控制技术愈来愈得到广泛应用。针对大型高耸结构和
建筑物，成熟程度比较高、采用比较广泛的是消能减振技术和调谐减振技术。
[0004] 消能减振技术是利用粘弹性材料的滞回耗能特性，将振
动能量转化为热量，从而减小振动。消能装置通常需要布置在结构
变形较大部位。受环境
温度、振动和应变幅值的影响，粘弹性材料容易老化。
[0005] 调谐减振技术在主体结构上设置一套辅助结构，将主结构振动能量转移到辅助系统上，从而实现主结构减振。这类装置包括：
调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器和调谐液体柱型阻尼器、调谐滚球阻尼器、悬挂质量摆等。目前，在输电塔风振抑制领域广泛应用的是悬挂质量摆。通常，在输电塔顶端横担部位安装若干个悬挂质量摆，每一悬挂质量摆由重量可以忽略的绳索悬挂，在风荷载激励下，悬挂质量摆在竖直平面内运动。悬挂质量摆的
惯性力反作用于输电塔，从而减小输电塔的振动。采取这种设计的悬挂质量摆在工程应用中存在以下
缺陷：(1)只具有一个谐振频率点，因此只适用于1个方向上的减振。由于输电塔在顺输电线走向和垂直输电线走向上动力特性存在一定差异，往往谐振频率差异较大，这种装置不能同时满足输电塔在垂直输电线和顺着输电线方向的减振需求。(2)适用的
频率范围窄。由动力吸振器理论知，只有当吸振器的频率非常接近激励力频率时，减振效果才会比较明显。两个频率稍有偏差，减振效果就会大幅度降低。因此将悬挂质量摆应用于输电塔振动控制的有效性取决于对受控结构动力特性的精确估计。由于输电塔上存在输电线、防振锤、阻尼线、间隔棒等的耦合作用，固有频率计算存在一定误差，因此悬挂质量摆的减振效果往往受到较大的影响，不能达到较佳的效果。(3)悬挂质量摆的摆长取决于控制频率。如为了控制2Hz振动，摆长约为62mm，摆长较短。由动力吸振器理论可知，悬挂质量摆下端的重锤重量约为输电塔总重的1％～2％，达到10t量级，较短的摆长无法满足大质量重物悬挂需求，即无法在摆长与重物悬挂之间达到平衡。
发明内容
[0006] 本发明
实施例提供了一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法，解决了目前应用于输电塔减振的调谐减振技术减振频率范围小且不能满足输电塔上两个方向上的减振需求以及悬挂物的摆长不能满足重物悬挂需求的技术问题。
[0007] 本发明实施例提供的一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法，包括：
[0008] 根据输电塔的总质量确定双摆式减振器的双节棍的质量；
[0009] 根据输电塔的在平行于输电线方向上的固有频率ω3以及输电塔的在垂直于输电线方向上的固有频率ω4确定双摆式减振器的谐振频率ω1和谐振频率ω2，并由谐振频率ω1和谐振频率ω2
迭代求解得到双节棍的长度；
[0010] 根据双节棍的质量和长度确定双节棍的直径；
[0011] 根据双节棍的质量、长度和直径设计对应的双摆式减振器，并将双摆式减振器安装于输电塔横担上；
[0012] 双摆式减振器包括外筒体和双节棍，双节棍设置于外筒体的内部；
[0013] 外筒体通过顶部的
紧固件固定于输电塔横担上；
[0014] 双节棍包括第一节棍和第二节棍；
[0015] 第一节棍的第一端通过第一万向
铰链与外筒体内部的顶壁固定连接，用于使得第一节棍能够在平行于大地的平面上360°摆动；
[0016] 第二节棍的第一端通过第二万向铰链与第一节棍的第二端固定连接，用于使得第二节棍能够在平行于大地的平面上360°摆动；
[0017] 按调谐质量阻尼器减振理论，可对应确定双摆式减振器的谐振频率ω1和谐振频率ω2的对应关系，具体为：
[0018]
[0019] 所述由所述谐振频率ω1和所述谐振频率ω2迭代求解得到双节棍的长度具体包括：
[0020] 由所述谐振频率ω1和所述谐振频率ω2根据谐振频率公式迭代求解得到双节棍的长度，所述谐振频率公式具体为：
[0021]
[0022]
[0023] 其中： g为重力
加速度，L1,L2分别为第一节棍和第二节棍的长度。
[0024] 优选地，根据输电塔的总质量确定双摆式减振器的双节棍的质量具体包括：
[0025] 确定输电塔上悬挂的双摆式减振器的数量，并根据输电塔的总质量和双摆式减振器的数量确定每个双摆式减振器中的双节棍的质量。
[0026] 优选地，双摆式减振器还包括：
橡胶圈；
[0027] 橡胶圈包括第一橡胶圈和第二橡胶圈；
[0028] 第一橡胶圈固定设置于外筒体的内部，用于限位及防止第一节棍的第二端与外筒体内壁发生碰撞；
[0029] 第二橡胶圈固定设置于外筒体的内部，用于限位及防止第二节棍的第二端与外筒体内壁发生碰撞。
[0030] 优选地，本发明实施例提供的一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法还包括：
[0031] 根据双节棍的长度确定双摆式减振器内部的橡胶圈与双节棍之间的间隙。
[0032] 优选地，第一橡胶圈与第一节棍之间的第一间隙小于第二橡胶圈与第二节棍之间的第二间隙。
[0033] 优选地，第一节棍的质量与第二节棍的质量相等；
[0034] 第一节棍的长度与第二节棍的长度不相等。
[0035] 优选地，外筒体设置有
通风口，用于供外界的风吹动双节棍。
[0036] 优选地，紧固件具体包括：
螺栓、
螺柱或螺钉。
[0037] 从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
[0038] 通过在输电塔横担上设置基于双节棍的双摆式减振器，由于双节棍的两段节棍式的摆动设计，即第一节棍的摆动幅度和频率低于第二节棍的摆动幅度和频率，使得减振器的谐振频率点由1个拓展为2个，能够同时满足输电塔在垂直输电线和顺着输电线方向的减振需求，且谐振频率点拓展为2个后，有效减振频率范围也被拓宽了，能够在最大程度上减弱由于输电塔上的耦合作用使得固有频率计算存在误差所带来的对减振效果的影响，此外，采用了双节棍的摆杆式结构，而不是摆球或质量
块，可以解决摆长限制问题。
附图说明
[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或
现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0040] 图1为本发明实施例提供的一种双摆式减振器的结构示意图。
[0041] 图2为本发明实施例提供的一种双摆式减振器的悬挂示意图。
[0042] 图3为本发明实施例提供的一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法的流程示意图。
[0043] 图4为本发明实施例提供的双节棍在摆动时的结构模型示意图。
具体实施方式
[0044] 本发明实施例提供了一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法，用于解决目前应用于输电塔减振的调谐减振技术减振频率范围小且不能满足输电塔上两个方向上的减振需求以及悬挂物的摆长不能满足重物悬挂需求的技术问题。
[0045] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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。
[0046] 为了便于理解，以下先对本发明实施例中提供的一种悬挂于输电塔上的双摆式减振器进行详细的描述。
[0047] 请参阅图1，为本发明实施例提供的一种双摆式减振器的结构示意图。
[0048] 请参阅图2，为本发明实施例提供的一种双摆式减振器的悬挂示意图。
[0049] 本发明实施例提供的一种双摆式减振器包括：
[0050] 外筒体1和双节棍，双节棍设置于外筒体1的内部；外筒体1通过顶部的紧固件固定于输电塔横担上，具体可参阅图2，图中TMD(tuned mass damper，调谐质量阻尼器)表示悬挂的双摆式减振器。其中，紧固件具体包括：螺栓、螺柱或螺钉。双节棍包括第一节棍3和第二节棍6；第一节棍3的第一端通过第一万向铰链2与外筒体1内部的顶壁固定连接，用于使得第一节棍3能够在平行于大地的平面上360°摆动；第二节棍6的第一端通过第二万向铰链5与第一节棍3的第二端固定连接，用于使得第二节棍6能够在平行于大地的平面上360°摆动。另外，第一万向铰链2和第二万向铰链5的作用主要是提供第一节棍3与外筒体1的连接关系和第二节棍6与第一节棍3的连接关系，并使得第一节棍3和第二节棍6均可在外界的任意方向吹来的风的作用下随风摆动，即在平行于大地的平面上360°摆动(包括了顺着输电塔的输电线的方向以及垂直于输电塔的输电线的方向)。
[0051] 需要说明的是，外筒体1并非为密封设计的外筒体1。外筒体1上设置有通风口，用于供外界的风吹动双节棍。通风口的开口设计方式可根据实际受风力吹动情况、外筒体1加工方式以及外筒体1制作材料等进行确定，只要满足双节棍可受外界的吹动而进行摆动即可，此处不作具体限定。外筒体1的主要作用为限定双节棍的摆动幅度，以免在强风作用下双节棍的摆动幅度过大，进行击打到输电塔本身或输电塔上的输电线，造成输电线
短路等安全隐患。
[0052] 进一步地，为了对双节棍的摆动幅度进行进一步限位，避免双节棍在摆动的过程中与外筒体1发生强烈的碰撞，本发明实施例提供的双摆式减振器还包括：橡胶圈；橡胶圈包括第一橡胶圈4和第二橡胶圈7；第一橡胶圈4固定设置于外筒体1的内部，用于防止第一节棍3的第二端与外筒体1内壁发生碰撞；第二橡胶圈7固定设置于外筒体1的内部，用于防止第二节棍6的第二端与外筒体1内壁发生碰撞。一般来说，第一橡胶圈4设置在靠近第一节棍3的第二端(下端)的
位置，第二橡胶圈7设置在靠近第二节棍6的第二端(下端)的位置。
[0053] 进一步地，为了进一步限制第一节棍3摆动的幅度与第二节棍6摆动的幅度不一致，第一橡胶圈4与第一节棍3之间的第一间隙小于第二橡胶圈7与第二节棍6之间的第二间隙。
[0054] 进一步地，第一节棍3的质量与第二节棍6的质量相等；第一节棍3的长度与第二节棍6的长度不相等。
[0055] 以上为对本发明实施例提供的一种双摆式减振器的详细描述，以下将对本发明实施例提供的一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法进行详细的描述。
[0056] 请参阅图3，为本发明实施例提供的一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法的流程示意图。
[0057] 本发明实施例提供的一种基于双摆式减振器的输电塔减振方法，应用于本发明实施例提供的任意一种双摆式减振器，包括：
[0058] S201、根据输电塔的总质量确定双摆式减振器的双节棍的质量。
[0059] 首先，确定输电塔上需要悬挂的双摆式减振器的数量，如2个或4个，并根据输电塔的总质量和双摆式减振器的数量确定每个双摆式减振器中的双节棍的质量。一般的，将两段双节棍的质量取为相等，即第一节棍的质量等于第二节棍的质量。如果输电塔上装2个双摆式减振器，则单段双节棍的质量取为输电塔总质量的1％；如果装4个双摆式减振器，单段双节棍的质量取为输电塔总质量的0.5％，以公式一可表示为：
[0060] m＝μ×M； (1)
[0061] 其中，m为每段双节棍的质量，M为输电塔总质量，μ为系数，根据减振器的数量(2个或4个)可分别取为1％和0.5％。
[0062] 请参阅图4，为本发明实施例提供的双节棍在摆动时的结构模型示意图。其中，双截棍自由运动动力学方程可以表示为：
[0063]
[0064] 其中： g为
重力加速度，L1,L2为双截棍的长度，θ1,θ2为双截棍的摆
角。垂直输电线走向和顺着输电线走向上的动力学方程相同。
[0065] S202、根据输电塔的在平行于输电线方向上的固有频率ω3以及输电塔的在垂直于输电线方向上的固有频率ω4确定双摆式减振器的谐振频率ω1和谐振频率ω2，并由谐振频率ω1和谐振频率ω2迭代求解得到双节棍的长度。
[0066] 设输电塔在顺输电线走向和垂直输电线走向上的固有频率分别为ω3和ω4，按调谐质量阻尼器减振理论，可对应确定双摆式减振器的两个谐振频率ω1和ω2其对应关系如下式：
[0067]
[0068] 然后，由谐振频率ω1和谐振频率ω2根据谐振频率公式通过非线性方程组迭代求解得到双节棍的长度，谐振频率公式具体为：
[0069]
[0070]
[0071] 其中： g为重力加速度，L1,L2为双节棍的长度。
[0072] S203、根据双节棍的质量和长度确定双节棍的直径。
[0073] 将双节棍设计为圆柱形，质量沿长度方向均匀分布。根据质量和长度可以确定双节棍的直径di：
[0074]
[0076] S204、根据双节棍的长度确定双摆式减振器内部的橡胶圈与双节棍之间的间隙。
[0077] 在第一节棍和第二节棍的下部，各设置了一组橡胶圈，其间隙取为双节棍的摆长的1.5％，对应摆动角约为0.86°，因此2组橡胶圈的间隙Δ1,Δ2分别为：
[0078] Δ1＝1.5％×L1
[0079] Δ2＝1.5％×(L1+L2)
[0080] 橡胶圈在起到限位和防止双截棍与固定壁碰撞的同时，还能起到一定的阻尼作用。
[0081] S205、根据双节棍的质量、长度和直径设计对应的双摆式减振器，并将双摆式减振器安装于输电塔横担上。
[0082] 在计算确定好双摆式减振器的参数之后，可以对双摆式减振器进行设计加工，最后安装到输电塔顶端的横担上。
[0083] 本发明实施例中通过在输电塔横担上设置基于双节棍的双摆式减振器，并根据输电塔的在平行于输电线方向上的固有频率ω3以及输电塔的在垂直于输电线方向上的固有频率ω4对双摆式减振器的双节棍的质量、长度和直径等参数进行了对应设计，使得双摆式减振器的减振效果能够同时满足输电塔在垂直输电线和顺着输电线方向的减振需求。由于双节棍的两段节棍式的摆动设计，即第一节棍的摆动幅度和频率低于第二节棍的摆动幅度和频率，使得减振器的谐振频率点由1个拓展为2个，能够同时满足输电塔在垂直输电线和顺着输电线方向的减振需求，且谐振频率点拓展为2个后，有效减振频率范围也被拓宽了，能够在最大程度上减弱由于输电塔上的耦合作用使得固有频率计算存在误差所带来的对减振效果的影响，此外，采用了双节棍的摆杆式结构，而不是摆球或质量块，可以解决摆长限制问题，从而解决了目前应用于输电塔减振的调谐减振技术减振频率范围小且不能满足输电塔上两个方向上的减振需求以及悬挂物的摆长不能满足重物悬挂需求的技术问题。
[0084] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
