输电铁塔螺栓节点连接滑移特性及模型参数研究

完成了21组输电铁塔螺栓连接试件的拉伸试验,采用ABAQUS软件对典型试件进行了有限元仿真分析,研究了初始间隙、螺栓扭矩、接触面粗糙程度、螺栓孔直径和连接杆件强度等参数对螺栓节点荷载-变形曲线的影响规律。分别按照指数模型和改进的分段多项式模型,对固定端螺栓数量为1、2和3的荷载-变形试验曲线进行了非线性拟合,确定了两种模型的拟合参数取值,分析了两种模型在输电铁塔结构分析中应用的可行性,推荐采用物理意义明确、适用范围更广的指数模型。对于最大间隙、理想间隙和最小间隙三种情况,指数模型得到的荷载-变形拟合曲线与试验曲线吻合较好,能够准确描述螺栓连接滑移过程;最小间隙工况的拟合曲线与试验曲线在线性增加段误差相对较大,最大相对差值范围约为10%~20%。     

风荷载作用下螺孔间隙对输电塔变形的影响

为探讨输电塔中螺孔间隙对结构变形的影响程度,以ZMP2-60直线猫头塔为例,采用有限元分析软件ANSYS建立了不考虑和考虑螺孔间隙的输电塔模型,通过分析输电塔在风荷载作用下的位移发现,0°风向时螺孔间隙对ZMP2-60输电塔的变形影响最大。     

节点刚域对钢管输电塔主材受力的影响

为了研究节点刚域对主材受力的影响,将主材及其相关节点视为微观尺度模型,采用壳单元离散,将输电塔的其余部分作为宏观尺度模型,采用梁/杆单元离散。根据平截面假定推导了位移约束方程来实现微观尺度模型和宏观尺度模型的连接。6座输电塔的多尺度有限元分析结果表明:节点刚域对输电塔主材的轴力影响很小,而对弯矩影响较大。因此,对于弯曲应力与轴向应力比例较大的主材,可以考虑采用多尺度模型来分析,以考虑节点刚域对主材受力的影响。     

下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析

下击暴流会给输电线路造成巨大危害,已引发生多起倒塔事故。基于ASCE关于高强度风区域输电线路设计的相关规定,综合考虑下击暴流尺度特征和输电线路经济性设计原则,提出了下击暴流作用下输电线路的设计荷载取值建议。采用Vicroy风速剖面模型,计算得到了内陆和沿海地区典型输电铁塔在下击暴流作用下的风荷载。建立了输电铁塔空间有限元分析模型,通过结构受力分析,确定了输电铁塔在下击暴流作用下的受力特征和破坏模式。结果表明:下击暴流作用下,输电铁塔杆件应力主要由45°大风控制。对于设计风速较低的内陆地区,尽管铁塔结构高度不在下击暴流最高风速区域,下击暴流风荷载明显高于常规风,塔腿横隔面以上主材会首先发生破坏;对于设计风速较高的沿海地区,下击暴流风荷载低于常规风,下击暴流在铁塔设计中不起控制作用。     

输电线路导线舞动荷载分析

对三种舞动幅值的计算方法进行比较,提出采用气象系数法确定导线各个舞动阶次的幅值.以正弦驻波作为导线舞动激励,分别采用线长法、能量法和有限元法(finite element analysis,FEA)计算孤立档导线舞动张力变化值:线长法与有限元法计算结果基本一致;能量法计算值小于线长法和有限元法,舞动半波数为奇数时,其计算值为其他方法计算值的40%-50%.通过在通用有限元软件ANSYS中建立包含2个独立耐张段和1个独立耐张段的连续多档有限元模型,分析不同档数下耐张塔和直线塔两侧导线舞动张力差的变化规律.分析结果表明:当数不小于4时,档数变化对铁塔两侧导线舞动张力及张力差的影响不大,耐张塔挂点张力差可取两档模型理论计算值的50%;相同档数时,直线塔舞动张力差为耐张塔舞动张力差的12%～25%.基于舞动张力分析结果,提出了杆塔舞动荷载的计算方法.     

500 kV酒杯塔覆冰破坏形态分析

2008年初电网冰灾破坏原因统计分析表明,500 kV输电线路铁塔受损严重,其中酒杯塔倒塔基数占倒塔总数的36.2%。为了弄清酒杯塔在覆冰荷载作用下的破坏形态,选取湖南冰灾区500 kV线路中的酒杯塔进行均匀覆冰荷载和不均匀覆冰荷载作用下的主要受力杆件的敏感度及整塔的破坏形态分析,从而确定酒杯塔覆冰荷载作用下的受力薄弱点。研究结果为我国冰灾区酒杯塔设计和加固补强提供参考依据。     

约束阻尼层在输电塔风振控制中的应用

约束阻尼层是机械及航空工程中常用的阻尼减振方法之一。讨论了在1 000 kV特高压输电线路典型钢管塔应用约束阻尼层的风振控制问题。首先给出了粘弹性阻尼材料的基本力学特性和约束阻尼层的两种有限元建模方法。通过ANSYS对一简单约束阻尼层结构采用两种不同有限元模型进行数值仿真分析比较,给出了在ANSYS中准确模拟这类结构的途径。应用这一建模方法对钢管塔主材安装约束阻尼层后的减振效果进行了数值仿真。结果表明,在主材设置约束阻尼层后杆塔一阶纵向和一阶横向弯曲模态阻尼比均有较大提高,但扭转模态的模态阻尼比提高很少。时域风振分析表明,设置约束阻尼层后塔顶的顺风向加速度响应显著降低。最后从结构及阻尼层的模态应变能角度建议了阻尼材料及约束阻尼层设置部位的选取原则。     

格构式垂直轴风力发电机组结构力学特性分析

通过对比垂直轴风力发电机和水平轴风力发电机的特点,说明了垂直轴风力发电机的优点。传统的垂直轴风机多采用实腹式主轴,文章以某格构式巨型垂直轴风机为研究对象,采用有限元软件ANSYS和SAP2000建立风机有限元模型,对风机进行了风荷载和自重作用下的静力分析。主轴的稳定性是垂直轴风机设计中非常重要的问题,对主轴进行模态分析和屈曲分析,格构式主轴满足整体稳定性的要求。格构式主轴具有结构迎风面积小、风荷载小、受力合理等诸多优点,今后应大力开发。