本文以某500kV高压变电站典型构架避雷针结构相贯节点断裂事故为工程背景,建立构架避雷针风振响应分析的有限元模型,采用双向流固耦合数值方法模拟分析原型构架避雷针的受力特性,并对其构架避雷针进行优化设计,在此基础上研究优化后结构的风振响应特性。主要研究内容及结论如下:(1)对原型构架避雷针结构进行风振响应分析,分析表明结构上部杆件的高频振动响应显著,且受多阶振型影响较大,上部避雷针易发生横风向的涡激共振,对结构整体受力不利。在上述分析的基础上,对避雷针上部前两段杆件施加螺旋侧板对其进行优化设计,并对优化后的构架避雷针结构进行了不同风速和风向角下的整体受力分析,结果表明风速越大,结构的应力越大;在基本风速内,构架避雷针最大应力均发生在相贯节点的横梁上;随风速的增加,应力最大值位置沿避雷针不断上移,当风速达到28.461m/s后,45°、90°和0°风向角下第一段避雷针应力最大值先后超过了材料的屈服强度,结构受力不安全。(2)模拟分析了附加螺旋侧板的结构优化措施对结构顺风向和横风向风振响应的影响,结果表明该结构优化措施可有效抑制避雷针的涡激共振;在基本风速内可明显减小结构横风向的涡激振幅,但在较大风速下,对结构横风向振动会产生不利影响。(3)通过对优化后构架避雷针沿顺风向与横风向风振响应对比分析,结果表明结构横风向响应与顺风向响应处在同一量级,在结构设计和受力分析时应同时考虑两者的共同作用;综合考虑不同风向角下沿避雷针各杆段应变随风速变化趋势,发现避雷针各杆段中第二段、第三段和第五段的底部受力最为不利,为工程检测维修提供参考。(4)结合场地风向风速信息,计算得到避雷针相贯节点在各风向不同风速作用下的热点应力幅最大值均小于结构临界应力幅(68.65N/mm~2),说明优化后构架避雷针振动循环荷载对相贯节点处的疲劳损伤不会影响其在结构设计年限内的正常使用。