大跨越输电塔-线体系的平面内塔-线耦合效应与TMD减震控制研究

建立了典型的大跨越输电塔-线体系的有限元模型,分析了独立塔和大跨越塔-线耦合体系的动力特性,基于"模态组"概念,通过两者动力特性的对比研究了大跨越输电塔-线体系的塔-线耦合效应,结果表明塔-线耦合效应对大跨越输电塔动力特性有较大影响。分别基于独立塔和塔-线耦合体系的动力特性对两个调谐质量阻尼器(tunedmass damper,TMD)的参数进行了优化,对两个TMD方案在地震动激励下的减震控制效果进行了对比。结果表明,大跨越塔-线耦合体系与独立塔的动力特性存在很大差异,在大跨越输电塔-线体系TMD减震控制中考虑塔-线耦合效应,能够更好地发挥TMD振动控制的作用。     

酒杯型输电铁塔曲臂风荷载风洞试验研究

酒杯塔是1 000 k V特高压输电线路工程中的常用塔型,设计时曲臂风荷载计算存在使用模型不统一的问题,而目前还没有针对曲臂风荷载的专门研究。完成了15 m/s和20 m/s来流风速下酒杯型输电铁塔曲臂模型的风洞试验,得到了11种风向角下的风轴和体轴平均阻力系数,获得了曲臂模型迎风面、背风面体型系数和背风面风荷载降低系数η,分析了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载系数和有效投影面积,将试验确定的曲臂风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了酒杯型输电铁塔曲臂角度风荷载的设计建议。按中国规范"塔身"模型计算曲臂风荷载满足安全要求,风向角为90°时曲臂风整体风荷载取值偏于保守;风向角为45°、60°和90°时,按中国规范"横担"模型计算的曲臂风荷载远低于风洞试验值,将低估曲臂风荷载并使结构抗风设计存在安全隐患。     

风和车流作用下悬索桥纵向减振及阻尼器参数优化EI北大核心CSCD

为了对运营阶段风和车流作用下大跨公路悬索桥进行纵向减振并对阻尼器进行参数优化,通过在已有的风‑车‑桥耦合振动分析系统中引入液体黏滞阻尼器单元,建立了随机风‑车流‑悬索桥分析系统。以一座典型山区大跨悬索桥为工程背景,采用建立的分析系统对比分析了布置阻尼器前后加劲梁在随机风和车流作用下纵向振动的时频特性。在此基础上,进行了阻尼器的参数敏感性分析,研究了阻尼器参数的不同取值对加劲梁位移和塔底内力的影响规律。以优化全桥结构受力、降低纵向振动响应为目标,采用响应面法对阻尼器的参数进行了优化分析。研究表明:对于风、车流荷载单独以及联合作用下的加劲梁纵向振动,阻尼器均能有效降低纵向振动的幅值;但能否降低纵向振动的频率取决于纵向振动中主频的成分。设置液体黏滞阻尼器后,风、车流荷载单独或者联合作用下,加劲梁纵向位移极值和纵向累积位移均随着阻尼系数的增大和速度指数的减小呈减小趋势。此外,不同荷载工况下液体黏滞阻尼器对塔底纵向弯矩的影响规律不同:在风荷载单独作用下,阻尼器会增加塔底纵向弯矩。优化后的液体黏滞阻尼器参数建议取值区间为:阻尼系数宜取500-700 kN/(m/s)^(α),速度指数宜取0.3-0.5。     

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。     

大跨越输电塔结构风振控制

本文以沿山头大跨越输电塔为工程背景，讨论了不同高度多个TMD（调频质量阻尼器）对大跨越输电塔结构脉动风反应的振动控制。应用随机振动和多变量非线性优化方法对TMD装置的阻尼比进行了优化。对装有TMD的输电塔结构风振控制进行了模拟，同时还对控制效果进行了时频域对比和动力可靠度评估。     

粘弹铅芯阻尼器在控制输电塔风振反应中的应用

以晋东南~南阳~荆门1000kV输电线路中最常用输电塔为例,为高柔的风敏感结构,有必要对其抗风性能进行分析。以此为工程背景,采用了双层粘弹性材料和铅组合的粘弹铅芯阻尼器进行风振控制。为了不削弱塔杆,将粘弹铅芯阻尼器平行于角钢并联安装于塔杆上,对其具体构造进行了初步地设计。然后根据本工程输电塔的特点,对单塔和塔线耦合体系采用7种方案进行粘弹铅芯阻尼器的布置。编制了风速模拟程序,模拟了适用于本工程的横线向脉动风速场。采用时程分析方法,针对7种阻尼器布置方案计算了单塔和塔线耦合体系在模拟的风荷载作用下的风振响应,进行了时域内的控制效果分析。计算结果表明,所设计的控制系统达到了很好的减振效果,为将来的试验和安装提供了较为准确的理论依据。     

输电塔线体系风振反应的半主动摩擦阻尼控制

该文研究了智能半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风振反应的控制问题.该文提出了一种适用于输电塔结构风振控制的半主动摩擦阻尼器力学模型,建立了输电导线动力分析的多自由度模型,并建立了塔线耦联体系的受控动力分析模型和动力分析方法.基于半主动摩擦阻尼器的特点,提出了抑制结构风振反应的两种半主动控制策略.通过数值研究考察了半主动摩擦阻尼器对输电塔线体系风致振动响应的控制效果,并进行了相应的参数研究.研究表明,半主动摩擦阻尼器形式简单、具有较好耗能能力,可以有效地抑制输电塔的风致振动.     

大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应分析

分析了大跨越输电塔-线体系的动力特性,对比了大跨越输电塔-线体系的近-远场地震反应,研究了大跨越塔-线体系的近场脉冲地震反应规律。结果表明在同幅值的近场脉冲型地震动作用下,大跨越输电塔-线体系的动力反应远大于其在一般地震动下的反应,大跨越输电塔-线体系的近场脉冲型地震反应幅值随地震动脉冲周期增大而增大。将等效脉冲模型引入大跨越输电塔-线体系近场响应分析,结果表明:塔-线体系在等效脉冲作用下的响应与实际地震动相近,将等效脉冲用于分析大跨越输电塔-线体系的地震响应能够弥补实际近场脉冲型地震动数目过少的不足。     

大跨越输电塔-线体系覆冰断线模型试验研究

为了准确有效研究大跨越输电塔-线体系中杆塔结构在覆冰断线工况下的动力响应,以晋东南-南阳-荆门1000kV特高压输变电工程中的黄河大跨越段为原型,进行了模拟覆冰条件下五塔四线塔-线体系模型的断线冲击响应试验。试验测得了输电塔薄弱位置杆件的应变时程曲线,研究了塔-线体系在不同断线工况下杆塔的动力响应。通过分析得出了输电杆塔的最不利断线工况,找出了输电塔在断线冲击作用下的最不利位置,为输电塔结构抗冰灾设计提供了有价值的参考。通过进一步研究发现,当断线位置在导、地线悬挂点附近时,输电塔的测点应变突变值与覆冰厚度成近似的一元二次函数关系。     

基于位移测量的输电塔等效静风荷载研究

以输电塔气弹模型为试验对象,基于非接触式精密位移测量系统,在风洞中测量了不同风向、风速下输电塔的位移响应。采用荷载响应相关法,建立了基于输电塔气弹模型位移响应的等效静风荷载试验分析方法。结果表明:输电塔在两轴向的风振响应均以一阶模态为主,且顺风向的脉动响应要大于横风向;计算得到的输电塔顺风向等效荷载要远大于横风向,且顺风向等效荷载中平均量占优,背景次之,共振不显著;对比分析显示,该文所建立的输电塔等效静风荷载试验分析方法合理、有效。     

基于动张力均方根反应谱的大跨越输电线路设计风荷载

作为一种典型的风致敏感结构,大跨越输电线路在强风作用下产生的随机振动张力,往往是线路结构设计中的控制荷载。本文基于导线的连续悬索动力方程和变形几何条件,建立了风振动态张力的广义自由度计算理论模型。依据随机振动理论,获得了动张力响应的功率谱。引入常用的工程设计参数为变量,推导了动张力的均方根反应谱表达式。将其整理和简化,给出了实用设计风荷载的计算公式。以某大跨越输电线路为背景,比较了公式与我国规范、国际电气协会规范取值。结果表明建议公式考虑因素全面,力学意义清晰,结果更为安全合理,可作为规范修订的参考。     

输电塔线体系在摇摆地震动作用下的动力稳定性分析

为探究摇摆分量对输电塔线体系动力稳定性能的影响,以一实际输电塔为原型进行了动力时程分析,其中摇摆地震动采用改进的谱比法由地震平动中获取;根据增量动力分析(incremental dynamic analysis, IDA)方法结合B-R准则,分别对塔线体系在水平地震作用、水平-摇摆耦合地震作用和水平-竖向-摇摆耦合地震作用下的动力稳定性能进行分析。研究结果表明：摇摆分量及其引起的附加P-Δ效应会使输电塔线体系产生非对称振动,结构发生偏离平衡位置的单向偏移,从而导致塔线体系较仅考虑水平地震作用,更易动力失稳;重力和竖向地震响应下共同的二阶效应,放大了摇摆分量对结构动力稳定性能的影响,加剧输电塔线体系动力失稳破坏;发生动力失稳破坏时,薄弱区域主要集中于塔身中下部,杆件失效使塔身局部变形过大,导致塔线体系发生整体动力失稳。     

输电塔在线路断线作用下的动力响应

目前采用的拟静力法考虑线路的断线不平衡张力不能反映出输电塔受到的断线动力响应。针对这一问题,利用有限元程序ANSYS/LS-DYNA,建立导地线模型和以等效弹簧代替导地线对输电塔作用的塔-弹簧模型,将导地线模在断线作用下悬垂点的支座反力反向施加在塔-弹簧模型上,数值仿真了输电塔在导地线断线作用下的动态响应。研究表明,线路断线对输电塔的动力效应不可忽视。     

地震作用下大型升船机结构的响应特征分析

从振动力学的角度,以某大型升船机建筑结构为背景,对升船机结构的动力特性及在地震作用下升船机结构的确定性和随机反应特征进行了较系统的分析。首先建立了升船机建筑结构的三维分析模型,对升船机结构进行了动力特性及时程响应特征分析。然后,在总结与分析有关地震动随机模型研究成果的基础上,通过比较,选择了具有较全面描述输入地震动随机特性的数学模型,并对升船机结构的功率谱响应特征进行了分析。最后,基于上述结构反应特征分析,给出了升船机建筑结构抗震可靠度计算模型的适用性建议。     

基于矩方法的特高压输电塔抗风可靠度分析

该文研究特高压输电塔抗风可靠度。基于等效随机静风荷载模型,引入矩方法分析特高压输电塔的抗风体系可靠度。该方法基于等价极值事件,利用统计矩点估计法求解得到等价极值变量前四阶统计矩信息后,即可方便地获得特高压输电塔体系可靠度指标及相应失效概率。1000kV级特高压SZT2钢管塔的数值算例分析表明:1) 矩方法简单、高效,将其运用于特高压输电塔抗风可靠度分析切实可行,具有重要的理论意义和工程实用价值;2) 在采用点估计法进行等价极值变量统计矩估计时,所取估计点数目应依据失效概率收敛情况而定,并非任意选取或取得越多越好。     

高压输电塔-线体系振动台模型非等比例问题研究

高压输电塔-线体系模型进行振动台试验时,由于模型跨度大以及实验室尺寸等条件限制,输电塔-线体系中塔与线的比例因子很难保持相同,此时需要将导（地）线的比例进行修正。从数值分析的角度出发,以辽宁盖州500kV输电线路的一段输电塔-线体系为例,输电塔的比例保持不变,导（地）线的修正系数分别取为1.0、0.5和0.4的情况下进行纵向和侧向下的一致和多点地震响应时程分析。研究结果表明,导（地）线的比例进行修正后,输电塔-线体系的地震响应与原模型保持一致,因此这种修正模型的振动台试验的精度满足工程要求。     

特高压单回路酒杯型输电塔线耦联体系振动台试验研究

特高压输电工程在我国进入大量建设阶段后,尚未经历严酷的自然灾害考验。为了分析强震作用下特高压塔线耦联体系动力反应特点以及导、地线对单塔结构动力反应的影响,该文针对特高压格构式输电塔线体系进行了振动台试验研究,旨在为特高压塔线体系的合理抗震设计提供基础。试验以1000kV特高压交流单回路输电线路工程为背景,设计制作了三塔两线体系模型并模拟了体系的边界条件,选取四种不同类型的地震激励,针对塔线体系及单塔进行了八度罕遇下的动力测试。研究结果表明:挂线后该型塔垂直线路方向自振频率下降较为明显且塔线体系动力反应受地震激励类型影响较大;与单塔相比,挂线后该型塔垂直线路方向的能量分布较为显著的向低频区转移;地震作用下,挂线形式下的该塔各项动力反应比单塔结构降低了4%~45%,导线、地线的存在提高了该塔的抗震能力。杆塔动力分析时应考虑导线、地线的影响,否则将会过高的估计塔架结构的地震反应。     

强风下高压输电塔线系统非线性随机动力响应

根据有限元分析得到单塔的非线性刚度软化特征,结合平均风下导线的动力特性,依据Lagrange方程建立了简化的输电塔线耦联系统的MDOF模型,将其应用于统计线性化方法,计算了系统在强风荷载下的非线性随机动力响应频域近似解。与数值模拟计算结果的比较显示,该方法的计算结果不仅具备一定的精度,还可以对系统动力失稳的临界风荷载作出判断。     

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。     

输电线路杆塔接地体选材研究

为了解决输电线路杆塔接地体在实际运行中常常出现的接地电阻过高、接地体腐蚀严重、使用寿命短、维护成本高等问题,对输电线路杆塔接地体的选材进行了相应的研究.通过试验研究的方法对比分析了钢、镀锌钢、铜、铜包钢和新型柔性石墨复合接地材料的电磁特性、耐腐蚀性能、动热稳定性;通过仿真计算和模拟试验研究了柔性石墨复合接地材料的冲击接地性能;从一次性投入成本、后期维护和使用寿命对几种接地材料的全生命周期成本进行了研究对比.研究结果表明:柔性石墨接地材料趋肤效应弱,材料利用率高,抗腐蚀性能优越;柔性石墨接地材料冲击接地性能优越,具有良好的动热稳定性能;其价格低廉,使用寿命长,能显著地降低接地工程的成本.柔性石墨接地材料相关性能较金属接地材料优势明显,具有显著的技术经济优势和非常良好的工程应用前景.