覆冰输电塔-线体系风致动力响应分析

依据流体诱发振动原理,结合已有覆冰计算模型,考虑降雨的分类,模拟了输电塔-线体系不同高度导线的覆冰和风荷载。以东北地区某输电塔为例,对覆冰输电塔-线体系在稳定风速激励下的动力响应进行分析,并与不考虑塔线耦联的导线舞动分析结果及覆冰塔线拟静力的分析结果进行对比,对塔位移、输电线位移、钢材应力进行了分析。研究结果表明:塔-线耦联体系对覆冰导线风振有很大影响,覆冰输电塔抗风设计安全度需要进一步提高。     

台风等效静风荷载作用下输电塔线体系极限承载力分析∗

台风引起的输电线路破坏情况屡有发生,为了研究台风作用下输电塔线体系的极限承载力,以实际发生倒塔事故的广东省某 220 kV 输电线路的塔-线体系为研究对象,结合台风风剖面和规范中的方法确定塔线体系的等效静力风荷载,考虑输电塔结构的材料非线性和几何非线性特征,通过有限元软件 ANSYS 在逐级加载条件下分析输电塔线体系的极限承载力,研究风向角、相邻塔的变形、导地线张力的变化对极限承载力的影响。结果表明:(1)通过逐级加载的方式可以较为方便的找到不同工况的极限荷载,确定出结构的最不利风向角;(2)塔线体系模型的选取会较大的影响计算结果,应尽量接近真实情况的选取模型,从而得到更为准确的分析结果;(3)导地线初始张力可以一定程度上提高输电塔线体系的极限承载力,在条件允许的情况下可以适当增加导地线的初始张力。     

输电塔三维精确有限元模型

以呼伦贝尔辽宁之间的500kV直流输电线路的电塔体系为背景,采用ANSYS软件建立了土体-基础-塔-线体系的精确有限元模型,并对其进行了动力特性及其在风荷载作用下的动力反应分析,比较了考虑和不考虑基础和土时输电塔动力反应的差异,讨论了基础和土体对输电塔的影响,并分析了产生此种变化的原因。     

导线覆冰大跨越输电塔-线体系动力特性分析

大跨越输电塔-线体系对导线覆冰等环境荷载反应敏感,容易发生动态倒塌破坏。目前对线路覆冰下输电塔的振动问题虽然取得了一定的研究成果,但是线路覆冰下输电塔的动力特性规律尚需进一步研究。本文以实际工程为例,建立了大跨越输电塔-线体系数值分析模型,分析了导线划分精度对输电塔-线体系动力特性的影响,并在此基础上分析了导线覆冰对输电塔-线体系动力特性的影响。研究结果表明:导线划分精度对输电塔振动影响较大;导线覆冰不仅影响输电塔振动频率,而且对输电塔振型也有较大影响,尤其是对输电塔横担的振动影响更大。     

输电线路多塔耦联体系的风致动力响应分析

输电塔结构的安全直接关系到国家电网的运行可靠性,而风荷载则是威胁其安全的主要外因之一。基于此,首先以华东某500 kV输电线路的典型输电塔结构为背景,在有限元程序AN SY S开发环境下,建立了包含三塔两线的塔线耦联体系精细化有限元分析模型;然后,应用经典的基于功率谱密度函数的谱表现方法,结合D avenport谱生成了目标场地的风场;最后,利用该生成风场,进行了上述输电塔耦联体系模型的抗风动力响应分析,进而对比了输电塔的拟静力计算结果与多塔耦联体系的动力响应计算结果。研究结果表明,中国现行输电塔抗风设计方法是偏于不安全的,有待进一步的改进。     

高压输电塔线耦联体系风振响应有限元分析与现场实测对比研究

采用ANSYS软件建立了华东电网某500kV高压输电线路结构的三塔两线空间有限元模型,将线路实测的台风"韦帕"风速记录转换为风荷载,进行了该塔线耦联体系的非线性风振响应分析,有限元模型计算结果与现场实测加速度响应吻合较好,说明文中建立的高压输电线路结构的有限元模型是合理的,可以较为准确地分析塔线耦联体系的风振响应。在此基础上,研究了设计风速作用下塔线耦联体系的风振响应,并与规范拟静力响应作了比较。结果表明:在设计风速时,线路中输电塔主要受力构件的内力接近钢材的屈服强度设计值,有引发塔架破坏的可能。按现行输电线路结构设计规程设计的输电塔结构在设计风速作用时是偏于不安全的,输电线路结构设计时需要考虑塔线之间的耦合作用对输电塔动力响应的影响。     

钢管混凝土输电塔地震易损性研究∗

钢管混凝土输电塔,由于混凝土与钢管相互作用,使得其地震易损性不同于普通混凝土输电塔。为了对比研究它们的地震易损性区别,从材料本构模型层面考虑钢管与核心混凝土的相互作用,使用有限元软件OpenSees 建立钢管混凝土输电塔模型,对其进行结构响应分析,并进一步采用增量动力分析方法绘制输电塔在多遇、设防、罕遇和极罕遇地震时的易损性曲线,定量分析出地震的第一周期谱加速度对于钢管混凝土输电塔失效概率的影响,同时与普通输电塔的地震易损性结果进行对比。研究结果表明：钢管混凝土输电塔在多遇、设防、罕遇、极罕遇地震作用下均不易发生严重破坏和倒塌,钢管混凝土输电塔出现倒塌时的Sa ( T1 ) 多位于1.0g~1.4g;随着地震强度的增加,钢管混凝土输电塔相较于普通输电塔的抗震性能更差。     

横隔数目对猫头型输电塔抗震性能的影响∗

输电塔是输电线路中的重要支撑结构。为了探究横隔数目对输电塔结构非线性地震响应的影响,以某一实际单回路直线塔中的猫头型输电塔为研究对象。基于 OpenSees 平台建立 4 个横隔数目不同的输电塔三维有限元模型,考虑材料和几何非线性,分析猫头型输电塔的动力特性。选取 20 条远场地震动记录,利用非线性有限元动力分析技术,研究不同横隔数目对输电塔结构远场地震作用下的响应问题。结果表明：随着横隔数目的增加,输电塔的自振周期减小,在一定程度上增加了其抗侧刚度。在大震、巨震作用下,横隔数目的增加,输电塔结构的顶点位移减小,基底剪力增大,层间位移的影响非常小且结构的变形始终在我国现行规范范围内,未超过其限值。     

输电塔结构的动力稳定性研究

作为一种重要的生命线工程,输电线路的破坏会造成巨大的经济损失。统计显示,风荷载作用下输电塔结构的动态侧倾失稳是输电线路经常发生的破坏形式之一。因此,对风作用下输电塔结构的失稳破坏进行研究有着十分重要的意义。本文应用谐波叠加法模拟脉动风场,分别采用Budiansky-Roth准则和动态增量法(IDA)结合位移相等准则这两种方法,基于ANSYS的非线性屈曲分析和时程分析模块,对沈阳某输电塔的抗风动力稳定性进行了研究。结果表明,风的动力特性对结构稳定性影响较大,现行规范中按等效静力风荷载进行计算是偏于不安全的。     

预紧力对输电塔节点承载能力特性研究∗

为探讨风荷载作用下输电塔破坏机理,本文以实际输电塔体系为例,通过建立不同螺栓预紧力作用下输电塔节点精细化模型,用来进行输电塔的螺栓在实际工程中拧紧程度的模拟;提出了螺栓与输电塔各构件之间的非线性接触力模型,研究了风荷载作用下输电塔构件之间接触效应的精确模拟.结果 表明:随着预紧力的增大,斜材螺孔应力、节点板上相对位于斜材处螺孔应力和斜材螺栓应力逐渐增大,并基本呈线性变化;而主材螺孔应力、节点板上相对位于主材处螺孔应力和主材螺栓应力基本不变.可见随着外荷载加载比例逐渐增大,螺栓预紧力对节点承载力性能的影响逐渐减小.     

高压输电线路抗冰灾的研究现状与发展趋势

从导地线和输电塔的覆冰模型、覆冰断线倒塔破坏机理、覆冰气象条件下塔-线体系可靠性等方面,全面分析了高压输电塔-线体系抗冰灾的研究现状和发展趋势,系统总结了国内外有关高压输电线路抗冰灾的研究成果。指出了目前高压输电塔-线体系抗冰灾研究中存在的问题和不足,具体从导地线和输电塔的覆冰模型、覆冰断线冲击的动力学分析理论、模型实验和数值模拟方法、塔-线体系覆冰可靠性等方面提出了当前迫切需要进行研究的内容与方向,以揭示高压输电线路覆冰断线以及倒塔破坏的机理,增强抵抗冰荷载灾害性破坏的能力及完善高压架空输电线路设计的标准。     

基于非线性能量阱的悬吊摆对输电塔-振动控制的研究

针对输电塔结构在地震作用下动力响应过大的问题,提出一种基于非线性能量阱的悬吊摆以降低输电塔的动力响应。首先利用拉格朗日方程推导了这种悬吊摆的运动方程,再以一单自由度结构为例,建立了摆式非线性能量阱—结构的动力方程,计算了摆式非线性能量阱在正弦激励下的减振效果,并对正弦激励周期、悬吊摆周期、立方刚度、质量比等参数对减振效果的影响进行了分析。最后选取一柔性输电塔为例,研究了不同地震作用下摆式非线性能量阱的减振效果,并与传统的悬吊质量摆和线性弹簧摆进行对比。结果表明,在地震作用下,摆式非线性能量阱对输电塔动力响应的峰值和均值都有较好的减振效果。     

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富,但由于海洋环境条件的复杂性,开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约;而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程,利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷载和波流荷载的计算公式,最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合,建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型,针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析,同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析,讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明:风荷载对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大,波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大,而波浪荷载则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。     

多棱插接式钢管塔风振阻尼技术研究

多棱插接式钢管塔具有制作安装方便、占地面积小等独特优势,正在得到越来越多的应用。但这种结构属于风敏感结构,风振特性是设计必须考虑的关键因素。钢管塔结构为空间薄壁壳体结构,其结构分析设计尤其是风振反应分析和风振控制与传统的杆系塔架结构有很大的不同。在静动力分析的基础上,提出利用钢球减振器对钢管塔进行风振控制,基于状态空间描述法模拟了钢管塔受控前后的位移时程反应,时域与频域分析结果表明该减振装置可以使结构的阻尼增加3~5倍,结构的风振反应可减小30%。本文的研究为钢管塔结构的合理设计提供了基础,有助于其在我国的推广应用,同时为行业规范和高耸结构设计规范的修订提供必要的理论基础。     

采煤沉陷区输电铁塔复合防护板基础抗变形性能及其板厚取值研究

以某采煤沉陷区内的典型输电铁塔及其复合防护板基础工程为背景,考虑地基-基础-上部铁塔结构的共同作用,对不同板厚复合防护板基础的抗采动变形性能进行了研究,并引入"保护作用"的概念,对独立基础和复合防护板基础的抗变形性能进行了分析。研究表明,设置复合防护板后,与独立基础相比,可明显减少铁塔支座的水平位移及上部结构的应力,支座位移与结构应力随着复合大板厚度的增大而减小,其减小的幅度随着板厚的增大而趋缓,当板厚达到一定数值以后几乎不再减小。提出的复合防护板的厚度可取铁塔基础长向根开的1/45～1/35的建议,以供采煤沉陷区内复合防护板基础的设计参考。