報告書番号

N19008

タイトル（和文）

送電用鉄塔設計における電線着雪荷重との重畳を考慮した等価静的風荷重算定法

タイトル（英文）

An estimation method of equivalent static wind load for structural design of transmission tower under conditions of heavy snow accretion on wires

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

背　　景
　送電用鉄塔設計標準JEC-TR-00007-2015 では，構造物の動的応答特性を考慮した等価静的風荷重算定式（以下，JEC-TR 式）を用いて架渉線及び鉄塔に作用する風荷重を評価する．JEC-TR 式では，平均風速作用時の風荷重にガスト影響係数を乗ずることで，設計で考慮すべき最大応答を与える風荷重が算出できる．しかし，JEC-TR 式は台風等による強風時を前提とした仮定に基づき構築されているため，着雪時状態の設計で考慮すべき相対的に弱い風速域に対しては，JEC-TR 式の適用性を検討する必要がある．

目　　的
　着雪時の架渉線及び鉄塔に変動風が作用した時の動的応答特性を評価し，弱風時特有の影響を考慮した等価静的風荷重算定法を提案する．

主な成果
1. JEC-TR 式を弱風時に適用するための課題の抽出
　着雪時状態の設計で考慮すべき弱風時には，強風時に比べて風の乱れ強さが大きくなる．そのため，JEC-TR 式の導出過程において，架渉線風荷重における構造非線形性・空力非線形性・共振成分の影響と，鉄塔風荷重における空力非線形性の影響を無視している点が弱風時特有の課題であることを理論的に示した．
2. 弱風時特有の影響の定量化
　架渉線や鉄塔を対象にした動的応答解析を実施し，架渉線風荷重・風荷重による張力増分・鉄塔風荷重の平均成分及びガスト影響係数への弱風時特有の影響を定量的に示した．その結果，各荷重の平均成分は主に空力非線形性の影響によりJEC-TR 式を上回ること，ガスト影響係数は弱風時特有の影響を受けて大きくなるものの，JEC-TR 式を上回らない場合があることを明らかにした．
3. 弱風時特有の影響を等価静的風荷重に考慮するための基本風速補正方法の提案
　架渉線及び鉄塔の風荷重の平均成分が大きくなる影響は，空力非線形性に起因する「変動風作用時の風荷重の平均値」と「平均風速作用時の風荷重」の比率により補正でき，弱風時に乱れ強さが大きくなる影響はガスト影響係数により補正できることを明らかにした．そこで，これらを考慮した基本風速補正方法を提案し，JEC-TR 式は変えずに簡便に弱風時特有の影響を考慮可能にした．鉄塔部材の軸力において，補正後の風速を用いれば弱風時特有の影響を考慮した軸力が安全側に評価できることを確認した．

今後の展開
　様々な架線形態で補正方法を検証し，着雪時設計に用いる基本風速補正値を設定する．

概要 （英文）

In this study, we determined the equivalent static wind loads on overhead wires and transmission towers, which need to be combined with snow loads to realize snow-resistance designs. According to the design standards on structures for transmission, JEC-TR-00007-2015, wind loads on overhead wires and transmission towers in wind-resistance designs are determined using equivalent static wind loads that can estimate the maximum responses under dynamic loads. A gust response factor, defined as the ratio of the expected maximum response of the structure to the mean response, is used. Furthermore, some assumptions are necessary to derive the equivalent static wind loads, and they have been validated only in the case of strong winds. However, the wind is weaker in the snow-resistance design than in the wind-resistance design. In this study, to derive equivalent static wind loads in the case of weak winds, we performed time history response analyses of the overhead wire and the tower. Because the turbulence intensity becomes higher in the case of weak winds, the aerodynamic nonlinearity causes the mean wind loads on the wires and the tower to exceed the value derived from JEC-TR. Furthermore, the structural nonlinearity causes the mean tension of the wires to exceed the value derived from JEC-TR. The contribution of wire resonance to dynamic load increases when the wind speed is low, but the gust effect factor does not considerably exceed the value derived from JEC-TR. Considering the major effect of the axial force on the tower components, a method of correcting the input wind speed was proposed to enable the use of the design method of equivalent static wind loads in accordance with JEC-TR.

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