表面应力分布对252 kV GIS盆式绝缘子机械性能影响的研究

针对252 kV GIS盆式绝缘子表面应力分布对其机械性能的影响建立了模型,并利用三维有限元分析软件对其进行仿真计算。为验证理论计算的有效性,搭建了一个盆式绝缘子水压试验平台。采用静态应变测试系统和应变片对盆式绝缘子在水压试验过程中其表面应力分布情况进行信号转换和数据采集。试验结果表明:水压强度为2. 5 MPa时,盆式绝缘子先从嵌件一侧脱落,沿两侧路径破裂至其弧面末端与内密封槽间的倒圆角处;试验中测得环氧树脂部分最先开裂位置的最大应力约为52. 25 MPa,且破裂位置与仿真计算结果一致;由于工艺上的不完善导致了破裂的起始位置为嵌件处,而不是树脂表面最大应力处。试验结果可为盆式绝缘子在结构上的优化设计提供参考,最终达到提高盆式绝缘子机械强度的目的。     

基于应力应变分析的盆式绝缘子破裂趋势判断方法研究

使用应变片与动态信号测试分析系统对220 k V盆式绝缘子内水压试验过程进行监测和记录,通过计算分析试验过程中采集的应变值,得出盆式绝缘子试样的破裂起始位置与大致的破裂发展过程。本文所提方法判断结果与现有方法判断结果一致,文中所述方法能够更准确记录和分析盆式绝缘子破裂起始位置、时间和发展趋势以及破坏应力,可为寻找产品结构设计和生产工艺薄弱点、提高产品质量提供帮助。     

基于有限元和神经网络方法对220kV盆式绝缘子屏蔽罩结构优化设计

针对GIS中盆式绝缘子,提出了一种优化其屏蔽罩结构参数的方法。这种方法首先运用有限元方法对盆式绝缘子建立模型,并进行电场计算,然后以此确定了盆式绝缘子屏蔽罩结构优化目标;在此基础上,引入神经网络算法,利用BP神经网络拟合了屏蔽罩各结构参数与优化目标之间的关系,对屏蔽罩的结构参数进行了优化设计,得到最优结构参数,克服了传统穷举法计算量大、消耗时间长的缺点。实验结果表明,安装优化后的屏蔽罩,可以大大降低盆式绝缘子沿面最大场强,有效改善盆式绝缘子沿面电场不均匀程度。     

空心瓷绝缘子机械特性的试验分析研究

选用空心瓷绝缘子作为试品,利用动态电阻应变仪,分析空心瓷绝缘子在弯曲负荷、内压力负荷及两者联合作用下的应力和应变变化规律。试验结果表明：弯曲负荷试验下,随着弯曲负荷的增加,轴向应变不断增大,基本呈线性增加,下端径向受力状态与轴向相反,拉应力增长的速率稍大于压应力;内压力试验下,随着内压力的增大,轴向和径向应变不断增大,上端和下端部位的轴向应变变化一致性较好,且稍微小于径向应变;弯曲负荷和内压力联合作用下,拉应力状态的应变大于单独负荷作用的应变,而呈压应力状态的应变则小于单独负荷作用的应变,下端拉应力侧受力状态由轴向拉应力和径向压应力转变为轴向径向均为拉应力,考核将会更加严酷;推荐选择以相对较大弯曲负荷为基准,进行拉伸弹性模量、压缩弹性模量和泊松比的测量。     

GIS用盆式绝缘子电场分布与绝缘性间关系研究

盆式绝缘子是GIS设备较为重要的绝缘件,在实际运行中,其绝缘性能与电场分布关系密切。从一起盆式绝缘子事故分析入手,对盆子烧蚀产物和故障气体进行成分分析。分析结果表明:盆子局部高场强导致电弧闪络产生大电流,从而引起盆子表面烧蚀和SF6气体成分变化。基于此,通过理论解析方法从金属屑、金属突出物和绝缘介质内部存在气泡3种绝缘缺陷对局部高场强进行理论解释,并得到其局部场强增强系数。随后建立盆式绝缘子三维电场仿真计算模型,得到其电场分布规律,发现盆式绝缘子表面场强分布不均匀,易在中心导体附近形成局部场强集中,应在设计中加强对该区域的屏蔽措施。本文的研究成果对盆式绝缘子的绝缘结构设计以及GIS设备的现场监测和维护具有一定的理论和指导意义。     

基于声衰减特性的激光超声盆式绝缘子缺陷检测研究

激光超声具有非接触、宽频带、高分辨率等优势在无损检测领域受到广泛关注，为了研究GIS盆式绝缘子材料内部及表面的缺陷状态，利用激光超声技术通过研究声衰减特性间接判断缺陷状态的方法。利用30 ns脉冲宽度的激光对5 mm厚度的绝缘子材料试板进行频率为100 kHz的区域扫查，分析了表面气泡缺陷的存在对声衰减系数的影响，通过对有缺陷的区域和无缺陷区域扫查结果的对比分析，得出在有气泡孔洞下其衰减系数会减小，且随着激光能量增大衰减系数增大，当能量达到一定数值时，衰减系数达到一个稳定值的结论，验证了利用声衰减特性对盆式绝缘子材料缺陷检测的可行性，并为微小气泡缺陷定量表征提供了基础。     

国家会展中心预应力混凝土结构健康监测

对国家会展中心大空间展厅的预应力混凝土框架结构进行了长期的健康监测。通过在结构中埋设应变-温度传感器实时监测结构中混凝土的应变和温度,通过埋设穿心式压力传感器实时监测预应力筋束的锚下有效预压力,锚下预压力在施工时即进行监测,混凝土的应变和温度在1层结构施工初步完成且监测系统安装调试完成后进行测读,均持续监测至混凝土结构施工完成后2.5年。结构健康监测为了解国家会展中心预应力混凝土结构的工作状态提供了实测数据支撑,对于确保施工阶段及使用阶段结构的安全、适用起到了很好的作用,且混凝土应变、温度、预应力束锚下有效压力的实测数据的分析结果对工程实践与研究具有参考意义。     

超高无面板式土工格栅加筋路堤现场试验研究

结合在建宜巴高速公路50 m高的加筋填土断面进行现场试验,对超高无面板式土工格栅加筋路堤的格栅变形、垂直土压力、水平土压力、分层沉降以及深层水平位移等内容进行了近2 a的测试,研究超高无面板式土工格栅加筋土路堤的受力、变形规律,分析了其作用机理。结果表明：不同层位土工格栅的最大拉应变出现在离返包面约4~6 m处,格栅应变沿筋长呈双峰值分布,施工期土工格栅应变具有明显的滞后性,且工后1.5 a格栅出现明显的收缩回弹;土工格栅的存在对土压力分布具有明显的调整作用,格栅末端附近实测垂直土压力值略超过理论值,中间和近坡面部位实测土压力值小于理论值;水平土压力沿路堤高度呈非线性形式分布,路堤中部的水平土压力值略大于顶部,其值小于主动土压力;分层沉降量在施工期存在较大波动,在垂直高度上,上部和底部偏小,中下部偏大;深层水平位移随着深度的增加逐渐减小,填土结束后深层水平位移仍有一定程度增大。     

正压力对电阻应变片应变测量影响的试验研究

在土木基础工程研究和监测中常常使用应变片测量构件的应变,计算其应力。但应变片受到土压力等正压力的作用对应变的准确测量将产生影响。采用试验方法研究正压力对应变片应变测量的影响。研究发现,在待测应变较小时,正压力对应变测量值产生的影响较大,在10%左右;当待测应变较大时,正压力对应变测量值产生的影响在5%左右。     

土工格栅加筋石灰土挡墙工程特性试验研究

以河北省保（定）沧（州）高速公路模块式土工格栅加筋石灰土挡墙为工程依托,以现场原型试验为手段,系统研究了该结构工作状态下的基底竖向土压力、墙面板背部侧向土压力和土工格栅拉筋应变分布规律。试验结果表明：基底竖向土压力沿筋长近似呈梯形分布,其大小一般小于理论值,最大值发生在墙背附近,且随竣工后时间的延续有下降的趋势;实测墙背侧向土压力沿墙高呈非线性增长分布,数值小于主动土压力;实测拉筋应变沿筋长呈单峰值分布,且数值均小于0.6%。试验结果可以为类似工程的设计、研究提供参考。     

扶壁式挡土墙的室内试验研究

通过设计一套室内扶壁式挡土墙试验模型,研究扶壁式挡土墙在不同厚度填土作用下的土压力和墙体应变的变化趋势。试验中利用光纤传感器和土压力盒分别对应变和土压力进行监测,分析试验数据得出了扶壁式挡土墙墙体的应变分布规律和土压力分布规律。得出的研究成果对扶壁式挡土墙在工程中的应用具有一定的指导意义。     

水泥砂浆体中三向压力传感器的测量特性

 确定三向压力传感器实测应力与其周围待测介质初始应力的关系是实现其应力测量的必要条件。为了解三向压力传感器在实际应用中的测量特性,利用RMT岩石力学试验系统对自行研发的三向压力传感器进行标定,研究各个传感面的重复性和线性度,得到各个传感面的标定系数。以水泥砂浆为材料,浇筑制成嵌入三向压力传感器的立方体试样(边长：600 mm),并利用自行研制的真三轴试验加载装置,研究重复荷载作用下水泥砂浆体中三向压力传感器实测应力随外部加载应力状态的变化规律。水泥砂浆体的孔隙结构使得三向压力传感器的实测应力存在滞后现象,但在重复荷载作用下,水泥砂浆体中的孔隙结构逐渐被压密,三向压力传感器的实测应力曲线逐渐趋于稳定。静水应力状态加载条件下,三向压力传感器的实测应力与其对应方向的加载应力呈线性相关关系;非静水应力条件下,三向压力传感器的实测应力不仅与其对应方向的加载应力呈线性相关关系,而且与其对应方向的加载应力与其它两个方向的加载应力之差,也成线性相关关系。在此基础之上,提出了用于描述介质初始应力状态对三向压力传感器实测应力影响规律的数学关系。     

土工格栅加筋土挡墙现场试验分析

通过埋设水平土压力盒、柔性位移计,对模块式土工格栅加筋土挡土墙墙后的水平土压力和格栅水平变形进行了系统监测,采用加筋组合法对加筋土挡墙的土压力进行了计算,与实测、交系数法所得数据对比分析,得出采用该方法计算的土压力更能合理地解释工作状态下加筋土挡墙的土压力分布规律;对比分析了施工阶段和竣工后格栅的应变,得出拉筋应变主要发生在施工阶段,工后应变较小,并结合试验结果,提出了关于施工控制的相关建议.     

静态载荷下盘形悬式绝缘子形变特性研究

机械强度属于盘形悬式绝缘子的重要指标,但在机械试验中会出现盘形绝缘子形变。为研究机械试验过程中各部件的承力及形变情况,本文以120～550 kN的盘形悬式瓷、玻璃绝缘子为研究对象,以金属材料弹性模量计算方法为基础,开展了盘形悬式绝缘子的应力应变特性研究。研究表明,盘形绝缘子形变主要集中在铁帽和钢脚处,其前期的弹性模量受到铁帽形状设计的影响,其形变值大于铸铁材料形变值的10倍;根据Inglis理论和Griffith能量平衡理论,尽管水泥碎裂产生的势能释放有一部分由沥青的缓冲,但脆性材料的碎裂导致钢脚的应力集中,进而进入塑性形变。对120～550 kN绝缘子的整体弹性模量进行了测量,其弹性模量范围在19 712. 45～23 726. 10 MPa。研究可为绝缘子的运维及产品设计提供参考。     

基于超声透射法的盆式绝缘子紧固螺栓松动检测方法

盆式绝缘子是GIS中重要的支撑部件，当固定它的法兰螺栓松动后，盆体会因受力不均而破裂，引起重大安全事故。文中提出一种盆式绝缘子螺栓松动检测方法，将压电传感器以一发一收的方式布置在待检测螺栓附近，通过超声信号仪激励一侧压电传感器发射超声波，并在另一侧对压电传感器接收到的信号分别进行互相关和自相关计算，获得表征螺栓松动的超声信号声时差和能量。通过实验研究了螺栓不同松动程度下信号能量和声时差的变化规律，结果表明，随着螺栓扭矩增加，超声透射信号的声时差逐渐减小、信号能量逐渐增大；当螺栓扭矩增大到一定程度后，超声透射信号的声时差不再变化而能量继续增大。可见，能量相比声时差对螺栓松动更敏感，所以可以通过计算超声信号能量来实现盆式绝缘子固定螺栓的松动检测。     

运行30～40年后玻璃绝缘子寿命周期的性能测试

对运行30～40年后的玻璃绝缘子进行了机械破坏负荷、工频击穿电压及残留强度等试验。结果表明,玻璃绝缘子运行后的测试值分别与出厂值基本一致。说明了绝缘子玻璃件在钢化处理(760℃～780℃)时获得了均匀分布的内应力,这种内应力能保持玻璃绝缘子在运行过程中,机电强度不会产生衰减(即不老化)。玻璃绝缘子的自爆主要出现在投运初期,其自爆率呈逐年下降的趋势,最终稳定在一定的水平上。并认为应加大力度开发1000kV交流和±800kV直流特高压线路用玻璃绝缘子。     

落锤式弯沉仪应用于混凝土道面结构状况的评定

本文以落锤式弯沉仪为工具,实测弯沉盆数据为依据,相应的理论分析为基础,对混凝土道面结构状况的评定进行了较系统的研究。结果表明,利用落锤式弯沉仪实测弯沉盆,可方便地评定混凝土道面的地基模量,接缝的传荷能力及混凝土道面板下地基脱空状况的检测。     

高速气流场下列车车顶绝缘子积污特性研究

为研究列车处于高速运行状态时车顶绝缘子的积污特性,建立了车顶绝缘子外部3维流场模型,研究了高速气流作用下车顶绝缘子周围的流场特性。结合数值模拟和现场实测,分析了车顶绝缘子表面的积污分布及其影响因素。结果表明:高速气流通过改变车顶绝缘子外围的气流分布进而影响污秽颗粒的碰撞特性,导致绝缘子两端部伞裙的积污比中间伞裙严重,伞裙上、下表面的污秽规律有较大差异。     

岩石剪切裂隙渗流特性试验与理论研究

 通过在三轴应力条件下对丹江口库区辉绿岩进行剪切破坏得到剪切裂隙,然后对剪切裂隙进行不同围压和裂隙水压力(渗透压差)作用下渗透性能的试验研究。研究结果表明：绝大部分岩样在剪切破坏后会形成单条贯穿剪切裂隙,这种剪切裂隙的渗透系数与净围压的关系符合指数函数特征,且受环向应变影响很大,但受轴向应变影响较小;裂隙水压力对裂隙渗透系数影响明显,在相同净围压下,裂隙水压力越大,渗透系数越大,其主要原因是较大的裂隙水压力使裂隙两侧基岩产生附加变形,导致隙宽增加。基于试验数据和理论分析,根据三维应力下的裂隙–岩块位移模型推导考虑裂隙水压力的渗透系数计算公式,该公式可以较好地描述不同围压和裂隙水压力下实测渗透系数的变化趋势,并且公式中的参数均可根据简单的三轴压缩试验得到,计算结果与实测数据符合较好。     

独塔双索面斜拉桥静载试验研究

以通过静动载试验,掌握结构的现有工作状况,判断桥梁的实际工作状况是否符合设计要求或处于正常受力状态。掌握荷载作用下该桥重要部位的应变情况,实测控制截面的内应力分布规律、量测荷载作用下的桥梁变形情况,判断现有桥梁病害对该桥承载能力的影响。并对后期的加固提供良好的基础。