覆冰荷载下500 kV输电塔失效模式研究

以2008年初南方雪灾致输电塔倒塌为背景,利用ANSYS软件建立了某500 kV输电线路的一塔两线体系精细化有限元模型,给出了利用荷载增量最小准则法搜寻输电塔主要失效模式的过程,计算了中、重冰区高压输电塔的主要失效模式,列出各失效路径中失效杆件的位置,进而对比分析了中、重冰区下输电塔结构的可靠性。结果表明,中冰区的输电塔的失效模式大部分在塔头位置,不能满足标准要求,而重冰区的主要失效模式出现在塔头部分的偏多,部分出现于塔身位置,相比于塔头,塔身部分的能满足标准要求。     

高压输电塔覆冰荷载作用下可靠度分析

介绍了蒙特卡洛法在结构构件可靠度计算中的应用,根据载荷增量最小准则法和Ditlevsen界限法,阐述了输电塔结构体系可靠度计算的基本原理,利用Matlab工具箱编制了可靠度计算程序,选取500 kV高猫头塔(5A-ZM1)为例进行了可靠度计算,并对比分析了高压输电塔在覆冰有、无风两种工况下的构件及结构体系可靠度和失效概率.结果表明,输电塔结构在覆冰有风工况下的杆件及结构体系失效概率远大于覆冰无风工况下的失效概率,与覆冰有风工况下的实际相吻合,为高压输电塔的设计提供了参考依据.     

特高压交流J1转角塔设计及真型试验

对1 000 kV特高压交流输电线路J1转角塔的塔型设计、结构优化和新材料的应用进行了研究,并通过典型试验进行验证.J1转角塔塔型采用"干"字型,呼称高45 m,铁塔全高74 m,采用全方位长短腿设计,长短腿高差9.0 m,铁塔结构为角钢管,塔身主材采用双拼腿合角钢,单基塔重90.02 t,塔身主材采用Q420高强钢,塔身主材连接螺栓采用8.8级高弧螺栓,高强钢的应用占整个塔重的26.1%.真型试验结果表明,该塔型设计结构合理.试验实测数据与设计计算相符,达到了预期目的.     

山区长短腿输电塔的动力失稳分析

针对山区长短腿输电塔在静风和脉动风作用下动力失稳问题,为寻求输电塔失稳极限风速和破坏发生路径,研究了山地丘陵B类地貌常用5B ZBC4型长短腿输电塔在风载作用下的动力特性,采用B-R准则和动态增量法（IDA）并结合位移等值准则,考虑了不同的风载作用,模拟了山区脉动风载对输电塔进行非线性屈曲分析和时程分析。结果表明,输电塔靠近山顶侧发生受压破坏、山谷侧为受拉破坏,且从塔腿开始逐渐发展到塔身,最终导致倒塔事故;现行山地丘陵输电塔的抗风设计规范将风等效为静力荷载的方法偏于不安全。     

特高压交流J1转角塔设计及真型试验

对1000kV特高压交流输电线路J1转角塔的塔型设计、结构优化和新材料的应用进行了研究．并通过典型试验进行验证。J1转角塔塔型采用“干”字型，呼称高45m，铁塔全高74m，采用全方位长短腿设计，长短腿高差9．0m，铁塔结构为角钢管，塔身主材采用双拼腿合角钢，单基塔重90．02t，塔身主材采用Q420高强钢，塔身主材连接螺栓采用8．8级高弧螺栓，高强钢的应用占整个塔重的26．1％。真型试验结果表明，该塔型设计结构合理。试验实测数据与设计计算相符，达到了预期目的。     

覆冰对输电塔风振系数的影响研究

针对传统方法计算覆冰情况下输电塔的风振系数不能精确模拟的实际情况,基于输电塔的不同覆冰形式建立了不同输电塔模型,采用ANSYS有限元软件分析输电塔结构的动力特性,计算了不同覆冰情况下结构自振周期及其振型的精确解,以此研究覆冰对输电塔的风压调整系数的影响程度.结果表明,当输电塔身覆冰厚度不断增大时输电塔自振频率减小明显,频率值相差最小幅度接近10%,风振系数由无覆冰时的1.63增至覆冰60 mm时的1.74.     

110 kV六回路耐张塔受力性能分析

采用TTA和ANSYS有限元软件对110 kV六回路耐张塔进行分析,比较两者在大风、覆冰、不平衡张力等多个工况下的力学性能。研究结果表明：风荷载是影响六回路耐张塔体水平位移的主要因素;TTA和ANSYS在分析输电铁塔构件轴力时两者精度较高;考虑几何刚度变化和P-Δ效应后,输电塔塔顶水平位移增量较小;采用TTA程序设计铁塔结构时,对塔身主材等受弯矩影响较大的部位应考虑弯曲应力影响。     

输电线路中杆塔地震反应的计算分析

对输电杆塔这类高耸结构来说,极易在地震作用下产生较大的结构内力,导致其结构破坏并引发倒杆/塌、断线等事故。为进一步理解和掌握输电杆塔在地震作用下的响应特性,提升输电线路的抗震容灾能力,通过建立典型输电杆塔的仿真模型,采用时程分析法对三种地震波作用输电杆塔构件层面的地震反应进行了精细化分析,得到了输电杆塔在地震波作用下的最大层相对位移、相对速度、绝对加速度、层间变形、剪切力、能量图、及塑性率的变化特征,从而为输电杆塔减震措施的合理选取提供了重要依据。此外,塔身部分斜材在地震波作用下的塑性率超标说明单纯从杆塔结构设计上难以满足大地震下杆塔结构不发生损失和破坏,建议关注杆塔结构构件的累积塑性率来获取更为明确的地震灾害的损失程度。     

基于ANSYS的钢管混凝土输电塔抗风性能分析

基于ANSYS结构分析软件,计算了钢管混凝土构件的复合材料力学参数并对构件赋值,采用梁单元和杆单元相结合的方法对大跨越输电塔建模,并通过模态和风速时程分析了钢管混凝土构件在大跨越输电塔抗风性能方面的合理性。结果表明,大跨越输电塔中混凝土的灌注显著增加了钢管塔的刚度,输电塔在风荷载作用下的塔顶位移明显降低,有利于提高输电塔整体抗风能力,具有一定的推广价值。     

装配应力对输电塔结构极限承载力的影响研究

针对输电塔装配误差引起的装配应力对输电塔承载力影响的问题,构建了输电塔桁梁混合有限元模型对装配应力进行计算及模拟,并施加外荷载计算分析存在装配应力时输电塔的极限承载力。计算结果表明,在90°大风工况下,单根杆件存在尺寸误差时对输电塔承载力影响较小,误差不宜超出杆长的1‰;多根杆件存在尺寸误差时,塔腿部位的误差杆件对承载力影响最大,极限承载力比正常情况低14.2%。     

110 kV高性能纤维增强复合材料输电杆塔设计

为研究经济型的输电线路,提出了一种新型高性能纤维增强复合材料(FRP)输电杆塔,根据国家电网公司输变电工程典型设计中110kV钢管类的设计条件,结合FRP材料电绝缘特点、气象条件设计了FRP杆塔的结构尺寸,运用有限元软件对其强度、变形等性能指标进行验算,并针对材料弹性模量特点比较了4种常规截面,选定圆环内接三角肋截面为最优方案。与传统电杆比较分析表明,该结构尺寸的FRP电杆适用于110kV输电线路,具有显著的社会效益和经济效益。     

直流接地极及杆塔接地网附近电磁场的有限元分析

高压直流输电系统处于单极大地回线运行方式时,有很大的直流电流通过直流接地极流入大地,这将造成接地极本身及附近输电杆塔接地网的腐蚀。在理论分析接地极和杆塔接地网电磁场的基础上,应用有限元分析软件COMSOL Multiphysics,以德宝直流输电工程千阳接地极为例,建立了多层大地土壤结构下的直流接地极和杆塔接地网数值模型,添加相关边界条件,进行网格划分处理,计算分析了接地极地表电位分布规律,并对杆塔接地网附近电位及泄漏电流密度进行了研究,结果发现:接地极地表电位沿径向距离逐渐降低;杆塔接地网本体上的电位最高,接地网的射线末端泄漏电流密度最大, 射线首端的泄漏电流密度最小,接地网矩形与射线的连接处电流密度有突变。该研究对掌握直流接地极及杆塔接地网周围电场分布情况和腐蚀规律,具有重要的意义。     

特高压线路铁塔施工关键技术研究

特高压线路的铁塔重量大、铁塔高、横担长、结构复杂。介绍根据不同的塔型、地形和交通状况,选择合适的组塔方案,配备合适的组塔抱杆,并探讨内抱杆组立铁塔施工技术、施工工艺、受力计算和工器具选择。     

220 kV单回路复合杆塔关键技术研究

  [目的]  输电杆塔的设计对工程造价和周边环境都有举足轻重的影响。探究220 kV单回路复合杆塔的设计方法和经济性指标,对输电线路的优化有着积极的意义。  [方法]  先通过比选不同杆塔形式、复合横担截面形式和横担布置的方式,得出推荐方案。然后通过ANSYS软件对杆塔进行线性及非线性分析,了解两种分析方式的差异。再查找相关资料,对普通杆塔和复合杆塔的造价进行测算,探索其经济性。  [结果]  研究表明:对比猫头塔,酒杯塔和上字型塔,复合横担应用于上字型铁塔中更为合理;圆环型截面具有惯性矩较大,承载力高,加工连接方便等优势;220 kV直线塔在满足安全性的前提下合理选择经济性更好的结构布置形式,建议选择三拉一压布置方案;通过ANSYS的模拟分析,线性分析具有足够的精度,可采取线性分析进行设计;选用复合横担时应对杆塔造价,安装费用,拆迁补偿等相关因素,在工程量上进行技术经济的比较,从而得出较为合理的方案。  [结论]  研究成果具有普遍意义,可为今后复合杆塔的设计提供一定的技术支持。     

碳纤维复合芯导线输电塔体系地震响应

基于碳纤维复合芯导线所具有的优点,运用数值模拟方法建立了碳纤维复合芯导线和传统钢芯铝绞线输电塔体系三维有限元模型,采用时程分析法,考虑了导(地)线的几何非线性,研究了一致激励和非一致激励地震作用下导(地)线输电塔体系的地震响应,得到了两种塔—线体系的塔顶位移和加速度、塔腿应力、导线中点最大位移和加速度、导线轴力的时程曲线。结果表明,碳纤维复合芯导线—输电塔体系与钢芯铝绞线—输电塔体系相比,塔顶最大位移、塔腿应力、导线中点最大位移和加速度均较小,一致激励地震作用与非一致激励地震作用的地震响应相差较大,非一致激励地震作用下比一致激励地震作用下的导线中点和挂点轴力大。     

盐湖地区输电线路杆塔基础选型及其防腐研究

针对盐湖地区盐渍土强腐蚀性、地基土软弱、地下水位高等特殊地质条件,结合新疆与西北主网联网750kV第二通道输变电线路工程杆塔基础大荷载作用情况,进行了盐湖地区杆塔基础设计选型与方案优化,提出了采用玻璃钢护套包裹进行防腐处理的斜柱式基础,并总结了其关键施工技术。结果表明采用玻璃钢护套进行防腐处理的斜柱式基础可在盐湖地区输电线路杆塔基础工程中推广应用。     

覆冰导线舞动作用下杆塔结构破坏过程数值模拟

为考察输电杆塔在覆冰舞动工况条件下破坏过程及倒塌机理,以110 kV肖湖432线输电杆塔为例,基于有限元软件MIDAS建立杆塔结构模型,利用Matlab模拟出导线覆冰舞动荷载波形,在MIDAS中建立时程荷载函数,对杆塔结构施加导线舞动荷载进行动力时程分析,并对杆塔结构的破坏机理、破坏形态及塔材变形的发展情况进行了模拟分析。结果表明,杆塔的破坏是由于部分交叉斜撑发生较大变形,使主材侧向约束显著弱化,随着时间的推移在杆塔的薄弱位置发生破坏,并最终导致倒塔;数值模拟结果与杆塔结构实际的破坏形式相符,验证了该方法的正确性。     

转角塔主角钢插入式基础预偏数据几何修正法

为解决转角塔在铁塔组立后插入角钢与铁塔接腿角钢连接处出现塌腰或鼓肚的现象,结合实际工程与施工经验,提出了预偏数据几何修正法,对预偏值的取值和基础根开、角钢根开、主角钢坡度调整的计算进行了分析和修正。通过与基础设计数据的对比表明,几何修正法使铁塔的基础施工数据得到了合理的调整、使铁塔和基础达到了设计的预偏效果,并确保了铁塔整体及局部受力的合理与稳定。