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。     

输电导线风致舞动的数值模拟研究

风致舞动是一种大幅值驰振现象,在输电导线覆冰时经常发生,是输电导线最为严重的灾害之一。为了揭示输电导线风致舞动的致灾机理,本文采用基于双向耦合的CFD数值模拟方法对新月形覆冰导线舞动过程进行模拟分析,研究了不同风速下覆冰导线气动负阻尼的变化规律。研究结果发现,覆冰导线在横向不会产生气动负阻尼,而在竖向和扭转方向的部分风攻角下会产生气动负阻尼。当结构气动负阻尼大于结构固有阻尼时,覆冰导线形成发散的自激振动。进一步研究表明,当覆冰导线同时发生竖向和扭转方向气动发散时,扭转振动发散会改变覆冰导线的风攻角,从而改变竖向和扭转方向的气动阻尼。随着扭转方向的气动负阻尼和固有阻尼相抵消,覆冰导线的扭转振动渐渐趋于稳定。     

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。     

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。     

输电线压弯除冰机理研究

输电线路除冰应满足有效除冰且不损伤导线。结合覆冰脆性材料的特点,提出了一种压弯除冰的方法,即约束一段覆冰导线,在破冰轮的作用下使其压弯,使覆冰从导线上破碎脱落。通过推导覆冰导线弯曲应力方程,建立了覆冰导线实体模型,分析其在不同破冰轮半径、覆冰厚度和加载力下的覆冰和导线的应力变化。结果表明:覆冰挤压应力和弯曲应力随着加载力的增加而增大,在计算参数范围内,均超过导线覆冰的破碎强度,且导线应力未超过破坏强度,验证了压弯除冰方法的可行性。破冰轮半径和覆冰厚度增加,不利于压弯除冰。推导的覆冰导线弯曲应力公式可为设计压弯除冰机器人提供参考,为保证线路有效除冰,可适当增大加载力以达到理想的除冰效果。     

基于多尺度分析的高压输电塔损伤识别数值模拟研究

由于结构整体动态特性对于局部损伤的不敏感性,只有当结构中的损伤严重到显著影响动态特性的程度,才可能造成结构特性参数的明显变化。宏观尺度模型只能识别出构件层次上的损伤,而对于识别结构中的小损伤或者微损伤以及构件连接节点处的损伤则无能为力。建立了高压输电铁塔一致多尺度数值分析模型,对输电铁塔上下曲臂连接节点处构件内部的不同损伤进行了识别。以小波包能量曲率差为损伤因子,利用小波变换技术,建立了高压输电铁塔的智能损伤识别方法,最后利用RBF神经网络对损伤程度给予判定。研究表明,该方法识别效果比较理想。     

110kV瓦-隆线脱冰跳跃故障原因分析及治理

针对110 kV瓦-隆线脱冰跳跃故障进行原因和特性分析,分别计算了(45~46)号塔,(46~47)号塔2个档段脱冰跳跃引起的档中最大振幅,在此基础上,借鉴国网公司治理架空线舞动的经验,设计了相间间隔棒的布置位置,给出了采用相间间隔棒进行治理的措施。运行情况表明:该治理措施取得了预期的效果。     

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。     

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。     

高压输电线路减振控制研究综述

高压输电线路承担着高压电能输送与分配的任务,是重要的能源输送设施。对高压输电线路开展振动控制研究,确保环境荷载作用下输电线路的正常运行具有重要意义。文中系统阐述了近年来国内外学者在高压输电线路结构振动控制方面的研究进展,分别从输电塔、输电线、输电塔-线耦合体系3个方面详细总结了现阶段高压输电线路结构减振控制及防舞动研究的成果,并展望了高压输电线路结构减振控制领域的发展前景。     

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。     

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。     

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.     

钢框架带悬臂梁拼接节点的抗水平地表变形试验研究

以单层单跨带悬臂梁段拼接钢框架为研究对象,通过地表变形的物理相似模拟试验,研究了钢框架带悬臂梁段拼接节点在地表水平变形作用下的附加应力和变形规律。主要研究在水平拉伸和水平压缩作用下,拼接节点处腹板拼接板和上下翼缘拼接板内产生的附加内力及变形曲线,分析了上下翼缘拼接板和腹板拼接板中间位置点的变形值随着试验加载值的增加而变化的原因。研究结果表明:地表水平拉伸作用最为不利;拼接节点虽会产生附加变形,但在很大程度上仍处于弹性阶段,卸栽后可以恢复,表现出良好的抗变形性能。最后给出建议:在地表变形地区新建或加固改造钢结构建构筑物时,采用钢框架带悬臂梁段高强螺栓拼接连接,可以很好地吸收变形能。     

高层建筑风致疲劳分析中的钢材强度退化模型∗

全寿命周期内风荷载长期作用下,钢结构中的钢材和节点将出现不同程度的累积损伤。风致疲劳损伤后结构的抗震能力必然发生相应变化,而疲劳累积损伤条件下的材料和节点剩余力学性能模型,是准确开展损伤后结构抗震性能评估的关键。鉴于此,通过贝叶斯理论,建立基于物理机制的钢材强度退化模型分析方法。首先,收集高周疲劳预损伤钢材强度退化的试验数据,并选取常用的强度退化模型,通过贝叶斯更新准则确定了退化模型参数的后验估计值。其次,基于钢材强度退化模型,给出了确定风致疲劳劣化焊接梁柱节点弯矩和转角骨架曲线的分析方法。结果表明：(1)疲劳累积损伤条件下的传统钢材强度退化模型离散性大,且缺少必要的数学和物理依据,而基于贝叶斯理论的强度退化模型可有效弥补这一缺陷;(2)相同试验数据,不同强度退化模型得到的结果差异性较大,且不存在普遍适用的最优模型。通过贝叶斯理论建立的钢材强度退化模型,可有效考虑材料型号、试件尺寸、疲劳荷载模式和加载机制等多种因素对试验结果的影响,且可借此反映风致累积损伤对结构性能退化的影响,有助于提高风致疲劳损伤后高层钢结构建筑地震风险评估结果的可靠性。     

单层带支撑异形柱框架的高温性能研究

针对单层异形柱框架,通过高温数值分析,考察了支撑设置和受火位置对结构高温变形及内力的影响。研究结果表明:对于单层多跨异形柱框架,当只有一端有支撑跨时,会在一定程度上增大另一端的边节点水平位移和边柱侧向变形,对结构整体抗火不利;当左、右两端均有支撑跨时,非支撑跨在火灾作用下的梁轴力比很大,升温后期可能因梁跨中竖向位移急剧增大而发生破坏。基于上述研究结果,给出了4类单层带支撑异形柱框架火灾行为的初步判定方法。     

一种新型结构与保温一体化复合墙板节点试验∗

为解决复合墙板节点常见的保温板易燃、易脱落等棘手问题,并使其抗震性能良好。给出了一种新型的结构与保温一体化陶粒混凝土T 型复合墙板节点。该复合墙板节点具有夹芯独特构造优势,主要表现在绿色节能,轻质高强,力学性能好,保温系统连接可靠,还能杜绝火灾的发生。通过对T 型复合墙板节点进行抗震试验,分别研究了其滞回性能、破坏机理、承载及变形能力、延性、耗能、损伤等。结果表明：一体化复合墙板节点的破坏顺序为腹板-翼缘-节点核心区;薄弱位置主要发生在腹板脚部,混凝土被拉裂或压碎,钢筋被拉长或压弯等;节点核心区受力相对良好,安全储备充足;符合“强节点,弱构件”设计要求和墙板革新发展政策。延性系数大于3,墙板节点安全性能良好。通过损伤指标评估分析,了解了试件各阶段工作状态。     

土钉支护抗震性能的振动台试验研究

为研究土钉支护结构体系的抗震性能,设计并完成了土钉支护边坡1:12比尺的振动台试验,研究了土钉支护边坡的动力反应特征和规律。结果表明:土钉支护边坡坡面的最大变形主要发生在边坡坡腹处,坡顶与坡趾的变形相对较小;增大土钉倾角会增大边坡的侧向位移,增加土钉长度以及减小土钉间距则会减小边坡侧向位移;土钉支护最大作用带基本位于土钉支护区的中前部,呈折线形,与计算假设的圆弧形不同,而且该作用带与滑裂面的位置并不相同;边坡土体中部和下部的加速度放大系数较小而且比较接近,边坡上部土体的加速度放大系数则较大。     

强地震动作用下地基土-地铁隧道结构的动力接触效应

将地基土-地铁隧道结构体系视为平面应变问题,采用记忆型嵌套面粘塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和隧道结构混凝土的动力特性,用点-线接触单元模型描述强地震动作用下地基土-地铁隧道之间的相对滑移,利用罚函数法和拉格朗日乘子法求解动力接触效应,建立土-地铁隧道非线性动力相互作用的有限元分析模型,分析了动力接触效应对地基土-地铁隧道之间的法向接触压应力、切向接触剪应力和切向滑移的影响规律。结果表明:罚函数法比拉格朗日乘子法更适用于求解强地震动作用下地基土-地铁隧道之间的动力接触问题;与地基土-地铁隧道变形协调假定的计算结果相比较,动力接触效应使地铁隧道的地震加速度反应有所增大。