输电线路舞动试验及塔线体系舞动疲劳性能数值模拟

为揭示输电线路覆冰舞动机理,开展了覆冰导线舞动风洞试验,通过变化风速、风向、弧垂等参数研究了柔性覆冰导线舞动特性。研究表明：覆冰导线在风荷载作用下变形到平衡位置,并围绕平衡位置以多阶模态进行振动。覆冰导线顺风向平均变形和振幅最大,并随着风速的增大而增大。采用数值模拟方法建立了三塔四线耦合体系模型,给出了塔线体系舞动响应。计算结果显示：覆冰导线距离初始位置2 m处的平衡位置开始舞动,导线振幅不断增大,舞动轨迹呈椭圆形,导线竖直向振幅明显大于横向振幅。同时基于疲劳累积损伤准则进一步评估了输电杆塔关键节点的舞动疲劳损伤和疲劳寿命。研究发现酒杯塔线体系在舞动过程中上下曲臂交点位置是最易发生疲劳破坏的关键节点,在输电塔的设计过程中应充分考虑上下曲臂交点处的构件疲劳损伤,最后给出了输电塔主要关键节点的舞动疲劳使用寿命。     

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。     

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。     

湖北省输电线路覆冰导线舞动灾害的一种气象甄别方法

通过对全国输电线路覆冰导线舞动故障资料的分析,给出一种基于气象要素条件和大气环流路径解析的覆冰导线舞动故障资料甄别方法,并以湖北为典型案例,给出了具体的分析步骤。在此基础上对覆冰导线舞动灾害时空分布特征进行分析,结果表明,全国覆冰导线舞动灾害具有显著的时空分布差异,时间上北方地区以秋末和春初为主,华中地区则是以冬季12、1、2月份为主,空间上易发生于辽宁—山东—河南—湖北省一线,且以平原地区为主。     

张力对大跨越输电导线Bate阻尼线防振影响研究

为了掌握张力对输电导线Bate阻尼线体系的微风消振效果影响,采用能量平衡法分析了输电导线Bate阻尼线体系的微风振动特性。结合IEEE输电导线振动测试指南,设计制作了输电导线Bate阻尼线体系消振特性试验模型,分析了安装Bate阻尼线前后的输电导线微风振动特性,研究了张力变化对大跨越输电导线防振效果的影响规律。结果表明：①Bate阻尼线可有效地降低导线的微风振动幅值,但单花边Bate阻尼线的消振效果有限,大跨越输电线路需要多花边Bate阻尼线组合防振;②张力可改变输电导线的防振特性,对其微风防振效果影响较大;③导线张力由18%RTS增大到25%RTS时,对于未安装Bate阻尼线的裸导线位移呈现先增大后减小的趋势,但对于输电导线Bate阻尼线体系,张力由18%RTS增大到22%RTS时,在不同激励频段,其振动位移变化趋势并不一致,张力增大到25%RTS时,和未安装Bate阻尼线的裸导线一样,振动位移呈现减小趋势。     

输电线路非线性耦合振动的动力学模型与分析北大核心CSCD

考虑输电导线几何非线性效应,将直线塔绝缘子串简化为一个转动的刚体,推导了两档导线平面内相互耦合的非线性振动方程。研究了不同工况下两档导线的耦合振动特性和能量传递机理,当两档导线的固有频率满足特定的关系时,系统会引起共振。分析了阻尼的位置和大小对导线衰减振动的影响,在导线上施加阻尼的减振控制效果远优于在绝缘子串处施加阻尼的效果。该研究结果可为输电导线系统的减振设计提供理论依据和参考。     

输电线路非线性耦合振动的动力学模型与分析

考虑输电导线几何非线性效应,将直线塔绝缘子串简化为一个转动的刚体,推导了两档导线平面内相互耦合的非线性振动方程。研究了不同工况下两档导线的耦合振动特性和能量传递机理,当两档导线的固有频率满足特定的关系时,系统会引起共振。分析了阻尼的位置和大小对导线衰减振动的影响,在导线上施加阻尼的减振控制效果远优于在绝缘子串处施加阻尼的效果。该研究结果可为输电导线系统的减振设计提供理论依据和参考。     

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。     

强风下不同高度低矮建筑间干扰效应研究

以往研究已经认识到相对高度对低矮平屋面建筑风荷载分布有着直接的影响,但双坡屋面房屋气动特性与之存在差别。为研究相对高度对双坡屋面建筑风荷载分布与风致干扰效应影响,以2016年莫兰蒂台风登陆东南沿海某地区实测强风数据为基础,采用计算流体动力学方法,对不同高度的两栋低矮建筑与该地区不规则低矮建筑群模型的屋面风荷载进行数值模拟,并研究其风致干扰效应。研究结果表明:对于两栋低矮建筑,当高度比小于2时,随着高度比的增加,受扰房屋背风屋面负风压系数绝对值减小。在迎风屋面上,当高度比大于1时屋面风压为负,且随着高度比的增加迎风屋面负风压系数也随之增大。对于此不规则低矮建筑群,60°为抗风最不利风向角。整体上,高度增加的房屋其屋面负风压系数出现增大,高度不变的房屋屋面负风压系数减小。     

风场类型对高层建筑风致响应的影响研究

风荷载是影响高层建筑安全性的重要因素之一,而不同的风环境会对高层建筑的风致响应存在不同程度的影响,基于此背景,本文通过高层建筑多自由度气动弹性模型风洞试验,获得了结构原始加速度时程曲线,采用随机减量法对其气动阻尼进行识别,分析了风场类型对高层建筑气动阻尼比和风致加速度响应的影响。结果表明:横风向气动阻尼比随折减风速的变化起伏较大,顺风向气动阻尼比随折减风速的增大而增大;折减风速小于特定值时,地貌类型对气动阻尼影响较小;随着风场类型从A类变化为D类,结构横、顺风向的气动阻尼比的变化趋势趋于平缓,气动阻尼比的正峰值减小,正峰值风速增大。高层建筑横风向的加速度响应大于顺风向;风场类型从A类变化为D类的过程中,横、顺风向的加速度响应均减小。风向角对气动阻尼比和加速度响应均存在较明显的影响。     

环形阻尼结构设计及其阻尼层厚度的优化研究

模拟地铁盾构隧道结构,设计了环形自由阻尼结构和环形约束阻尼结构。通过自由梁单点激振实验,探讨了阻尼层厚度对两种结构的复合损耗因子、振动加速度级等阻尼性能的影响规律,继而优化阻尼层厚度。环形自由阻尼结构实验结果显示:当阻尼层厚度在1~7 mm范围增加时,结构振动加速度幅值比无阻尼结构分别降低了1.1%~65.6%;同时,各阶复合损耗因子及增幅均逐渐增加,振动加速度级逐渐降低。环形约束阻尼结构实验结果显示:当结构无阻尼、阻尼层厚度为1、3mm时,后者的复合损耗因子相对前者分别增加了18.75%、8.91%,而当阻尼层厚度增至3mm以上时,结构复合损耗因子变化不大。研究结果显示:环形自由阻尼结构的阻尼性能随阻尼层厚度的增加而增强,环形约束阻尼结构在阻尼层厚度为3mm时具有较好的阻尼性能。     

某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析

采用计算流体动力学中的非稳态分析,对某带钢塔高层建筑工程所处的区域风场进行计算,获得了作用于其表面的时程风荷载,再将荷载施加到该结构的有限元模型上进行动力响应分析。再对不同钢塔基频与场地风向角等因素下的风致动力性能与位移响应能量密度谱进行分析。研究结果表明,当钢塔基频与主体结构基频相近时,钢塔尖部的位移值达到最大,鞭梢效应最为强烈;不同风向角时塔尖位移迥异,由位移响应极值确定的最不利风向角为135°工况。塔尖位移响应频谱特性对建筑群的互扰效应与风向角的变化较为敏感,并会对结构的振动响应产生影响。当旋涡脱落频率与结构频率接近时会引起钢塔较大的耦合振动,设计时应注意避开不利环境,减小风致动力响应。     

大跨人行过街天桥利用MTMD减振控制的理论分析

大跨人行天桥的自振频率通常比较低,与人行走时的频率接近,因此行人通过天桥时容易产生竖向共振,影响天桥的正常使用。本文研究多重调谐质量阻尼(MTMD)系统对大跨人行过街天桥竖向振动的控制作用,首先建立起天桥-MTMD系统的分析模型,推导出系统的传递函数及动力放大系数的数学表达式,继而分析了TMD的数量、阻尼比和频带宽等参数对结构的动力放大系数的影响,为实际工程结构设计MTMD减振系统时提供参考。以沈阳某大跨人行天桥为例,进行MTMD优化设置后,能有效减小天桥的受迫振动和自由振动,从而将振动控制在人体的舒适度范围之内。     

拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果分析

对拟负刚度阻尼减振结构的动力特性与减振效果进行了研究。首先,证明了采用拟负刚度控制方法时,结构响应与外荷载之间满足齐次性;其次,对拟负刚度阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了研究,并与粘滞阻尼减振结构的加速度放大系数和位移放大系数进行了比较;最后,对地震荷载作用下拟负刚度阻尼减振结构的减振效果进行了分析。研究结果表明:当外荷载与结构的频率比大于1或结构的周期较长时,拟负刚度控制对结构绝对加速度的控制效果要好于粘滞阻尼减振结构的控制效果,对结构位移的控制效果要差于粘滞阻尼减振结构的控制效果。     

高阻尼混凝土梁板结构动力特性分析

通过提高混凝土材料的阻尼比,有效地改善混凝土结构自身的阻尼性能,从材料的角度出发实现结构高阻尼化已成为一种新的结构振动控制方法。根据结构动力学原理,分析了提高系统阻尼比在结构发生共振时,对降低结构振动响应的有效性;利用有限元软件AN SY S模拟了普通混凝土结构、局部高阻尼混凝土结构以及整体高阻尼混凝土结构的动力响应,主要包括模态分析和谐响应分析,并对3种不同组成材料的结构响应结果进行比较。有限元分析表明:高阻尼混凝土结构的动力特性较普通混凝土结构有了显著的改善,而且当高阻尼混凝土仅用于结构的柱中时,其改善效果与整体结构都与使用高阻尼混凝土的效果比较接近。这对研究结构局部高阻尼化,降低结构在地震等动荷载作用下的响应有参考价值。     

城市轨道交通引起的地面振动传播研究

对苏州轨道交通2号线引起的地面振动采用加速度传感器进行实测,研究其传播规律,并通过有限元软件建立了隧道-土层三维模型,模拟了轨道交通所引起的不同距离地面振动响应,并与实测数据进行了对比验证。结果表明:轨道交通在圆曲线段引起的地面水平振动加速度有效值在距离隧道中心线12m以内的范围内是竖向振动加速度有效值的2倍左右,在12m范围以外地面水平和竖向振动加速度有效值大小相当;轨道交通对距离隧道中心线25m以外的地面水平振动加速度已无明显影响,而竖向振动的影响更远;轨道交通在圆曲线段引起地面水平振动的主要频率为30~125Hz。轨道交通引起地面竖向振动的主要频率为40~100Hz。竖直方向在6~12m范围内存在振动放大区,10Hz以下的低频水平方向上的振动在距离隧道中心线12~17m范围内放大,提示地铁周围这一范围内的建筑需要特别关注。     

Bishop法的简化计算假设对边坡安全系数的影响

应用条分法计算边坡安全系数时,为方便运算,会对某些计算条件做出简化。本文以简化Bishop法作为安全系数求解方法,通过设计的比较方案,讨论了条块重心简化、地震力施加方式简化对安全系数的影响,还分析了竖向地震力施加方向的问题。研究结果表明:①条块重心简化对安全系数的影响极小,可以忽略;②地震力施加方式简化时,误差总体上随着边坡坡率变小、滑弧圆心角变大而逐渐减小,随着坡高变高、地震设计烈度变大而增大,粘聚力和内摩擦角的变化对误差基本不产生影响;③竖向地震力方向的选取主要与地震设计烈度相关,在同一地震烈度下,坡高改变了施加方向改变时的参数临界值。     

开洞口煤仓风致干扰效应的CFD模拟

储煤仓由于栈桥功能要求而带有洞口,研究开洞口的煤仓风压分布规律和煤仓之间风致干扰效应更接近实际工况,现行规范中没有明确煤仓栈桥洞口尺寸设计的要求,基于此,运用FLUENT软件和计算流体力学(CFD)技术,在采用SSTκ-ω湍流模型的基础上,对开洞煤仓风荷载分布规律进行了数值风洞计算研究。分析了单仓不同栈桥洞口尺寸下门洞周围风压分布规律;对比开洞口单双仓在不同风攻角下的风致干扰效应;改变双仓栈桥洞口相对位置时受扰仓的风压分布规律。结果表明:此类开洞口煤仓的最优栈桥洞口尺寸为4m×4m,为以后的开洞口煤仓设计提供依据;两煤仓风致干扰效应显著,前后煤仓的遮挡效应非常明显;双仓栈桥洞口最不利位置为10°,在今后的双仓设计选型中应尽量避免此种位置关系。     

强风荷载作用下输电线路的连续倒塌破坏分析

以菲律宾PANAY岛上138kV双回路Panit-an-Nabas线路为研究对象,模拟台风海燕过境时线路发生连续性倒塔的过程,并探讨了线路发生大面积倒塔的主要原因。基于ABAQUS有限元软件,线路简化为三塔四线有限元模型,并采用显示积分方法和生死单元方法模拟风致作用下输电塔-线体系的倒塔过程和倒塔路径。风荷载选用Kaimal风速谱和谐波叠加法,并应用MATLAB软件模拟生成。通过数值模拟和现场勘测图片对比表明:本文方法不仅能够清晰有效地模拟输电塔-线体系在强风荷载作用下的连续性倒塔机理和破坏路径,而且有助于合理准确地发现和阐明线路倒塔的真正原因。     

330kV输电线路防鸟害绝缘护套仿真分析及应用

为研究330 kV输电线路安装绝缘护套的防鸟害效果,采用Ansoft对330 kV线路复合绝缘子的轴向电位和电场分布进行仿真分析。结果表明:对330 kV输电线路而言,当绝缘护套厚度为1 cm、导线夹有效长度为50 cm时,防鸟害效果最佳;将导线、金具和均压环都包覆在内时,绝缘子高压端电场分布最优。最后结合仿真分析结果,对输电线路防鸟害绝缘护套的现场应用提出了建议。