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构架避雷针结构作为变电站重要组成部分，其结构安全性能直接关系到变电站的正常运行。近几年来，变电构架避雷针结构在强风作用下屡次发生倒塌，其倒塌原因为构架避雷针结构连接节点受力性能的不足。本文在国家自然科学基金项目（51808374）和山西省留学人员科技活动择优资助项目(DC1900000602)的联合资助下，以新疆某变电构架避雷针结构倒塌事故为工程背景，基于单向流固耦合原理，采用ANSYS Workbench大型有限元分析软件，对结构进行整体受力性能分析，主要得出以下结论：
（1）通过结构整体受力性能分析可得：在强风作用下结构最大位移处为避雷针顶部，最大应力处为避雷针结构上、下部端部连接节点处；结构整体应力和位移大小与风速成正比；随着风向角的不断增大，结构整体位移和应力出现了三次突变，分别为30°、105°以及150°，其中150°为结构的最不利风向角；结构整体位移和应力谷值出现在风向角45°和135°；风向角60°~105°结构整体位移和应力持续增大，表明结构垂直于构架方向的侧向刚度小于平行构架方向的侧向刚度。
（2）基于流场分析可得：结构迎风面对应风速驻点，相应的风压为正且最大；结构背风面受到旋涡脱落对应尾流的影响产生一定风吸力，相应风压减小为负值，出现一定回流现象并形成不规则漩涡场；结构两侧受到绕流分离点的影响，风速增大50％，对应较大风吸力，风压为负且最小。
（3）采用一阶和二阶分析法对比分析可得：在风向不变前提下，风速越大，二阶分析比一阶分析所得位移和应力越大，其产生结构二阶效应也随着增大；当风速小于15m/s时，二阶分析与一阶分析结果基本一致；当风速大于15m/s时，二阶分析所得最大位移和最大应力为一阶分析对应结果1.2~2.4倍；当风速大于35m/s时，二阶分析所得结果已超出规定限值，而一阶分析则符合规范，故当类似结构受到35m/s以上强风作用时，建议设计宜考虑二阶整体效应。
（4）分别探讨了构架避雷针结构中连接节点采用“柔性法兰节点”和“刚性法兰节点”对结构整体受力和位移性能的影响；“刚性法兰节点”可以明显减小结构最大位移和应力，其中最大位移减小9.34％~17.41％，最大应力减小35.2％~51.29％；建议新建构架避雷针结构和既有避雷针结构加固设计宜采用“刚性法兰节点”。
（1）通过结构整体受力性能分析可得：在强风作用下结构最大位移处为避雷针顶部，最大应力处为避雷针结构上、下部端部连接节点处；结构整体应力和位移大小与风速成正比；随着风向角的不断增大，结构整体位移和应力出现了三次突变，分别为30°、105°以及150°，其中150°为结构的最不利风向角；结构整体位移和应力谷值出现在风向角45°和135°；风向角60°~105°结构整体位移和应力持续增大，表明结构垂直于构架方向的侧向刚度小于平行构架方向的侧向刚度。
（2）基于流场分析可得：结构迎风面对应风速驻点，相应的风压为正且最大；结构背风面受到旋涡脱落对应尾流的影响产生一定风吸力，相应风压减小为负值，出现一定回流现象并形成不规则漩涡场；结构两侧受到绕流分离点的影响，风速增大50％，对应较大风吸力，风压为负且最小。
（3）采用一阶和二阶分析法对比分析可得：在风向不变前提下，风速越大，二阶分析比一阶分析所得位移和应力越大，其产生结构二阶效应也随着增大；当风速小于15m/s时，二阶分析与一阶分析结果基本一致；当风速大于15m/s时，二阶分析所得最大位移和最大应力为一阶分析对应结果1.2~2.4倍；当风速大于35m/s时，二阶分析所得结果已超出规定限值，而一阶分析则符合规范，故当类似结构受到35m/s以上强风作用时，建议设计宜考虑二阶整体效应。
（4）分别探讨了构架避雷针结构中连接节点采用“柔性法兰节点”和“刚性法兰节点”对结构整体受力和位移性能的影响；“刚性法兰节点”可以明显减小结构最大位移和应力，其中最大位移减小9.34％~17.41％，最大应力减小35.2％~51.29％；建议新建构架避雷针结构和既有避雷针结构加固设计宜采用“刚性法兰节点”。