基于响应面的大型输电塔结构有限元模型动力修正

针对基于灵敏度分析的有限元模型动力修正方法计算效率较低、迭代收敛慢的不足,将响应面法引入500 kV大跨越输电塔基准模型修正.选择塔脚弹性支承刚度为修正参数,依次进行单因素试验、样本值计算、响应面建立与分析、参数优化.修正后,有限元模型非常准确地复现了单塔横、纵两个方向的-阶弯曲动态特性,修正效果与基于灵敏度分析的模型修正方法接近,证明响应面法在有限元模型动力修正领域的应用价值.还探讨了塔架结构修正参数的选取问题,为相关研究提供参考.     

输电塔气弹模型制作及风雨荷载的相似比研究

以沈阳某500kv高压输电塔为原型,在满足风洞试验相似理论的基础上,介绍了高压输电塔气弹模型的制作方法。为气弹模型的制作提供了可行的方法。提出了雨荷载的压强计算公式。通过压强缩尺比等于几何缩尺比的关系,首次得到了风洞试验中风雨荷载的缩尺比计算公式。在实际风洞试验时,假设风洞中模拟的雨荷载直径与自然界中实际雨荷载直径相等。得出了风洞中模拟的雨荷载与自然界中实际雨荷载的雨滴密度数是相等的。这个方法简单易行,为风洞试验中风雨荷载的模拟提供了理论依据。     

输电塔动力特性计算与模态试验研究

输电塔是国家电网的重要组成部分,具有结构高、跨度大、柔性强等特点,对风荷载反应灵敏。建立能反映输电塔动态特性的模型对风致振动控制至关重要。为研究输电塔理论模型的准确程度,分别建立3种输电塔实验模型,包括多质点模型、梁单元有限元模型和梁-杆混合单元有限元模型,并对其进行模态分析;同时采用锤击法,以单点激励多点响应(SIMO)的测试方法对输电塔实验模型进行模态测试。将各方案与测试结果进行比较分析,结果表明:梁-杆混合模型的求解精度高于另外两种计算模型的精度,能较好模拟输电塔的动力特性,是最优的输电塔模拟方案。     

输电塔气动力系数和气动导纳风洞试验研究

输电塔结构的非定常抖振力与来流风速之间存在复杂的非线性关系,基于风洞试验得到的某1 000 k V格构式直线输电塔弹性模型的基底力以及参考高度处同步采集的风速时程,采用线性和高斯两种近似假定计算了非定常气动力系数并与试验值进行了比较;提出了包含结构气动阻尼效应在内的总气动导纳的概念,通过基底脉动力谱和来流脉动风速谱的比值对总气动导纳函数进行识别,并用基于频域相干函数对导纳函数的线性部分进行了估计。结果发现,风偏角线性近似所计算静气动力系数的偏差较高斯近似小;由于气动抖振力非定常性质明显,不考虑总气动导纳函数将高估输电塔模型的抖振响应;脉动风力与脉动风速间有较强的非线性关系,用线性导纳函数计算的抖振力谱将低估脉动风分量的影响。     

高层隔震结构双质点模型的地震响应单纯质点法研究

文中针对高层隔震结构的双质点简化模型提出了可快速计算其地震响应的单纯质点法,该方法基于基底剪力及能量等效原则来建立简化两质点分析模型与原结构模型之间的转换关系及简化模型的参数取值,推导得到了确定地震反应的两个关键参数：刚度转换系数和质量比。研究基于能量平衡方法提出了高层隔震结构简化分析模型包络反应的计算式,并通过利用能量平衡原理及模型参数转换关系来预测原高层隔震结构的各层地震反应包络值。文中对22层高层隔震结构工程实例首先进行了双质点模型的转化,其后验证了单纯质点法的有效性和分析精度,分析结果表明新方法计算结果与多质点模型时程分析法计算结果相近,且能包络上部结构各层地震响应。本文所提方法计算量少,参数取值简便,可用于高层隔震结构地震响应的初步分析。     

输电塔线体系断线非线性动力分析

以某500 k V高压输电线路为研究对象,建立三塔四线输电塔-线体系精细化有限元模型,在考虑跌落导(地)线与地面碰撞接触基础上,对其进行了不同断线位置以及不同断线根数的隐式非线性动力分析。结果表明:断线点位置对断线瞬间的冲击作用影响较小;断线后断线一侧张力衰减系数随着导线挂点位置增高而单调递减;未断线一侧张力衰减系数随着挂点位置增高先减小后增大;耐张塔张拉作用系数远大于直线塔;耐张塔的断线动力放大系数在1.1~1.5。在断多根线的最不利工况下研究了耐张塔的扭转破坏和弯曲破坏两种失效模式。     

基于高频天平测力试验的500kV单回路输电塔风致响应研究

基于高频测力天平风洞试验的结果,采用平稳激励下随机振动的模态叠加法,计算了典型500kV单回路酒杯型输电塔的风致响应。结果表明：输电塔结构顺风向和横风向脉动位移响应、加速度和基底弯矩值都较大,横风向响应值甚至大于顺风向。各个方向一阶振型在响应中起主导作用。位移阵风响应因子和基底弯矩响应因子随风向变化趋势相近,顺风向关键节点位移响应因子最大值不超过1.8,弯矩响应因子约为1.5。     

典型输电塔气弹模型设计及动力特性研究

输电塔结构受到风荷载激励,极易引起其气动弹性失稳,造成大幅振动,严重威胁着输电线路安全稳定运行。为研究高压输电塔结构风振动力特性,以某典型输电塔为原型,按照结构动力学相似准则,采用一种新型设计方法制作输电塔气弹模型,并利用有限元分析软件以及相关测试系统对其进行动力学分析,验证气弹模型的准确性。最后,进行不同风速和风向角下的气弹模型风洞试验。试验结果表明:输电塔模型的响应随风速增大而增大;输电塔横风向响应显著;通过对试验结果的对比分析,揭示了典型输电塔结构动力特性和风振响应特点,为高压输电线路抗风设计及改造提供依据。     

利用球形弹簧摆对输电塔风振控制的有限质点法

为了研究球形弹簧摆对输电塔结构的风致振动控制效果,通过分段等刚度梁单元建立输电塔简化模型。给出了空间梁系结构基于Timoshenko梁理论的单元内力计算公式,并应用有限质点法对简化模型及其与球形弹簧摆的耦合系统进行风致响应分析。一方面,球形弹簧摆由于内共振性质实现非线性能量阱,从而增加振动抑制频带的宽度,提高了鲁棒性;另一方面,球形弹簧摆和结构的非线性耦合,使得顺风向的振动能量部分转移到横风向,尽管增大了横风向响应,但是降低了结构的总体响应。计算结果表明球形弹簧摆减振效果非常好,当将其安装在除塔顶外的三个位置时,位移最大值和加速度均方根减振率分别为32.5%~41.7%和35.7%~65.2%。保持质量比和安装位置不变,验证了球形弹簧摆具有较宽的设计频带。使用球形弹簧摆可以显著减小位移标准差,有利于降低结构的疲劳损伤风险。     

基于ABAQUS的山地输电塔结构模型试验与优化设计

本文以第十三届全国大学生结构设计竞赛赛题为例.立足模型制作的可操作性,以模型截面尺寸、材料性质等为定量,通过ABAQUS软件对模型的受力、位移等情况进行模拟,针对模拟反映的问题加以优化分析,以期解决原本模型受力易破坏的问题.     

500kV 单回路输电塔塔头风荷载计算模型研究

根据高频底座天平测力风洞试验,得到典型500kV 单回路输电塔塔头结构风力系数的平均值和根方差值,给出了极值风力下塔头结构顺风向、横风向基底剪力和基底扭矩的功率谱。在此基础上,采用最小二乘法拟合,建立了输电塔塔头结构风荷载的计算模型,其结果不仅可以用于格构式输电塔频域计算,还可以为相关规范的修订提供参考。     

B类风场与台风风场下输电塔的风振响应和风振系数

为研究常规B类风场与台风风场下输电塔的风振响应差异,以沿海地区某四回路角钢输电塔为原型建立了有限元模型,采用谐波叠加法生成两类风场下的风速时程,并在时域内进行了输电塔风振响应和风振系数的数值分析。结果表明：台风风场的高湍流特性导致其作用时各测点的顺风向风振响应均大于B类风场下的对应值。两类风场下,输电塔的风振系数比值约为1.25。因此,台风多发地区的输电塔设计必须考虑台风高湍流引起的动力风荷载增大效应。此外还进行了气弹模型风洞试验,以研究不同风速下的气动响应和风振系数,并将试验结果与理论计算进行了分析比较,验证了数值分析的适用性。     

基于摩擦阻尼器的高耸电视塔结构风振反应被动控制

本文研究了高耸电视塔结构基于被动摩擦阻尼器的风致振动控制问题。文中建立了电视塔结构的三维有限元模型和二维等效动力分析模型。随后建立了电视塔结构的受控运动方程和风荷载模拟方法。在此基础上以合肥电视塔为背景,进行了结构风振反应控制分析和相应的参数研究。分析表明,被动摩擦阻尼器可有效地抑制结构的风振反应。通过合理地选取阻尼器参数,可以获得满意的减振效果。     

典型格构式结构风荷载及风致响应规范比较

对国内外四种常见格构式结构荷载规范中风荷载计算方法、关键参数取值等进行详细对比分析,以典型500 kV单回路酒杯型输电塔为例,将规范计算所得风荷载与风洞测力试验所测风荷载进行比较,计算结构的风致响应。对比分析发现,相同条件下（50年重现期）不同规范对同一输电塔结构的等效风荷载存在一定差异。随节段高度增加,我国规范GB50545的等效静力风荷载偏大。据规范计算所得风致响应值与据测力风洞试验计算结果吻合较好。由于我国规范未考虑重现期对线路影响,随线路安全等级提高,其等效静力风荷载可能会不安全。     

输电塔塔线体系风振响应分析

基于风洞试验得到的输电塔线性一阶广义荷载谱,推导了一般性的输电塔顺风向、横风向脉动风荷载功率谱公式。利用此功率谱,模拟了塔线体系顺风向、横风向脉动风荷载。对输电塔线体系及单塔的动力特性进行了分析,分析表明,在远低于单塔同阶振型的自振频率时,塔线体系中的输电塔平面外振型就会与导地线振动耦合。对单塔及输电塔-线体系进行非线性动力时程分析,得到了位移、加速度和内力等响应的时程,对比了有、无横风向脉动风荷载的风振响应,并分析了风振响应的功率谱。     

输电杆塔阵风响应实测与准静态设计研究

为分析输电塔的动力特性和阵风响应因子的变化规律,在现场风荷载条件下,对作用于新建输电塔的脉动风速及其各部位加速度和基底动应变响应进行了同步实测。采用模态识别法和有限元法对输电塔的动力特性进行了对比分析;采用实测数据直接分析法和不同的准静态法分别计算了基于塔顶位移和基底弯矩的阵风响应因子。结果表明,实测数据的模态识别法与有限元法得到的输电塔动力特性相吻合,有限元数值分析正确有效;实测数据分析法与准静态法得到的阵风响应因子的变化规律相同,且与脉动风速的均值和湍流强度相关;基于弯矩的阵风响应因子吻合较好,各种方法的计算值相差在5%以内;基于实测位移的阵风响应因子与准静态法差异较大,其原因有待于进一步试验研究的检验与识别。     

多点输入下大跨输电单塔和塔线体系抗震性能分析

为了分析多点输入下大跨越输电单塔和塔线体系结构响应的差异,采用时程分析法系统地分析了多点输入下其地震响应,从节点最大位移、结构最大扭转角、杆件最大轴力和基底剪力等方面找出了2种结构体系地震响应的差异.通过分析可知,单塔和塔线体系结构响应存在较大的差异,且其差异与其所处的位置有关,并且与视波速的变化有关.因此对于大跨输电塔结构,应该考虑塔和线的耦合作用,在进行抗震分析建模时应采用塔线体系模型,否则得出的结论将偏于保守或偏于危险.     

环境激励下输电塔动力特性参数识别

输电塔的动力参数是进行抗风设计的重要依据,其中阻尼比的取值对输电塔风振系数的计算影响显著.以一基110 kV输电塔为背景,分别采用环境随机激振和牵引绳激振对输电塔施加激振作用,采用修正平均周期图法消除环境噪声对真实信号的干扰,在考察峰值频率相干度在95％以上的基础上,采用半功率带宽法识别输电塔的频率和阻尼比等动力参数....