变电站作为城市输变电的关键节点,其电压等级在不断提高,规模也在不断增大。由于不可避免的雷雨恶劣天气的影响,雷电对变电站站内设备的安全运行威胁很大。为了避免雷击现象,工程应用中往往在变电站内建立高耸的独立避雷针,或者是在变电构架上安装避雷针,以保护设备的安全。常见的变电站避雷针结构通常细且长,属于典型的高耸结构,在脉动风荷载的作用下,容易发生大幅度变形,并且偶有破坏事故发生。因此,对变电站避雷针结构进行风振响应研究有着重大的意义。本文以某750kV变电站避雷针结构实例为工程研究背景,通过时域分析开展了独柱避雷针、单跨及三跨构架避雷针结构的风振响应及风振系数研究,并针对构架避雷针结构提出了一种简化计算风振响应的方法,主要内容包括:(1)现场动力特性测试与有限元模型分析对比。对三种避雷针结构基于环境随机振动法进行了现场动力特性测试,得到了三种结构的自振频率,三种结构有限元模型基频与现场实测数据基本吻合,验证了有限元模型的正确性。(2)变电站避雷针结构风振响应分析。采用谐波叠加法,通过MATLAB软件编程实现了三种避雷针结构的脉动风载模拟。在此基础上,将模拟得到的风载以节点力的方式加到避雷针有限元模型上,在时域内对三种避雷针结构的顺风向风振响应进行了计算。时程结果的频谱分析表明,三种避雷针结构顺风向风振响应均以该方向的第一阶振型为主。对于单跨及三跨构架避雷针,进一步分析了响应均值及根方差随风向角的变化规律。(3)变电站避雷针结构风振系数分析。在对避雷针结构风振响应结果分析的基础上,根据Davenport提出的阵风荷载因子法计算出了三种避雷针结构的位移、弯矩和剪力风振系数。三种风振系数差异较为明显,建议在对此类结构设计时应该同时考虑不同响应的风振系数。将避雷针顶部位移风振系数与《变电站建筑结构设计技术规程》规定的风振系数取值进行比较,发现独柱避雷针因基频较小,其风振系数超过了规程取值;单跨及三跨构架避雷针结构因基频较高,其风振系数略小于规程取值,建议规范对高耸结构风振系数的取值时考虑结构基频的影响。另外,还研究了不同结构阻尼比、不同紊流度取值对风振系数产生的影响。(4)变电构架避雷针结构风振响应简化分析。对于单跨及三跨构架避雷针结构,提出了一种简化的风振响应计算方法,即将单根避雷针从整体结构中独立出来计算其风振响应。根据对整体结构模型在刚度、质量、荷载以及动力特性等方面的分析,提出了简化计算模型的实用建模和加载方法。通过将简化模型与整体结构模型的风振响应和风振系数对比分析,验证了简化模型的合理性。由此,在对构架避雷针结构进行风振响应分析时,使用简化模型不仅可以有效地节约风振响应计算时间,同时能够减少结构的风荷载模拟工作量。