高压输电塔-线体系抗风雨的研究现状

高压输电塔-线体系是重要的电力工程设施,其安全性直接影响到电力系统的正常运行,而风荷载是威胁其安全的主要因素之一。因此,确保输电线路在风载作用下的安全性具有十分重要的意义。在简要介绍当前高压输电塔-线体系的发展现状以及近年来风灾引起的输电线路破坏情况的基础上,从输电塔-线体系的分析模型、抗风雨研究、风振控制和风洞试验方面,对高压输电塔-线体系抗风雨的国内外研究现状进行了论述。最后,对输电塔-线体系抗风雨需要进一步研究的问题进行了展望。     

特高压输电塔-线体系的抗风性能分析

本文建立了特高压输电塔线体系四线三塔的有限元模型,考虑了材料和几何非线性,采用增量动力分析方法对整个输电塔线体系进行抗风性能分析。对输电塔单塔和塔线体系进行了从弹性、非线性直至倒塌的全过程的性能分析,获得了输电塔单塔和输电塔线体系的抗风性能曲线。通过输电塔单塔和塔线体系的对比分析可知,导线对输电塔抗风性能的影响很大,在设计中不能忽略。     

考虑结构极限状态的输电塔-线体系风洞试验研究

为研究输电塔-线体系的耦合效应,探索塔-线体系极限状态的失效模式和破坏机理,以广东省某220 kV输电塔-线体系为研究对象,研制考虑结构极限状态的输电塔气动弹性试验模型,通过风动试验,再现了输电塔-线体系极限风荷载下的倒塌现象,并与有限元法分析结果进行了对比分析。研究表明:1)基于稳定应力等效设计的输电塔极限状态气动弹性模型能够较好地在风洞试验中模拟出结构的破坏情况; 2)强风作用时,塔-线体系的耦合振动使塔-线体系的振动比相同环境中单塔的振动更为复杂,破坏可能与发生强非线性振动、局部响应扩大有关,结构杆件发生失稳破坏; 3)在输电塔结构设计时,应加强塔身中部沿垂直于导线走向方向的稳定承载力,不可忽视横风向风振响应的贡献。     

输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。     

输电塔-线体系风雨致振控制研究

为了研究风雨作用下被动减振装置对输电塔-线体系的控制效果,基于调谐质量阻尼器原理,设计了双向调频减振装置。利用有限元软件SAP 2000建立了输电塔-线体系有限元模型;通过线性滤波法模拟了脉动风速时程;根据降雨形成特征和雨滴谱与强降雨的关系,运用力学平衡和动量定理,得到了雨荷载;根据风雨荷载的组合原则,得到了风雨荷载的时程曲线。运用非线性动力时程分析方法,验证了该双向调频阻尼装置的有效性。     

近断层地震下输电塔-线体系振动台试验研究

基于工程实际,结合线弹性相似理论和模型二次缩尺方法,完成了包含两基直线塔和三跨输电线的输电塔-线体系缩尺模型的设计。考虑近断层地震速度脉冲的特征与地震的随机性,选取3条近断层近场地震波,开展了多振动台试验,通过引入不同入射角的位移响应比,探讨了近断层地震波在不同入射角激励下对输电塔-线体系动力响应的影响。研究结果表明,入射角对输电塔-线体系的动力响应有很大的影响;对于不同的地震波,输电塔-线体系对应的最不利入射角有差异;在不同入射角激励下,直线塔侧向位移响应的放大程度远大于纵向,因此对于塔-线体系动力响应需考虑近断层地震波入射角的影响。试验结果可以作为大跨越输电塔-线体系抗震设计的重要参考。     

土-输电塔-线体系在地震动差动作用下的地震反应分析

首先,建立土-输电塔-线体系的三维空间有限元模型,土、输电塔以及导(地)线分别采用实体单元、梁单元和索单元;然后,根据场地条件并依据GB 50260—96《电力设施抗震设计规范》生成支座位置的非平稳空间地震差动;最后,对该结构体系进行空间差动激励下的地震反应的时程计算。由分析结果可以看出:1)考虑土的共同作用后,与塔-线结构体系相比,土-塔-线结构体系的自振特性变化很小,说明对于这种高柔结构而言土层对结构的自振特性影响可以忽略不计。2)无论是对于塔-线结构体系,还是土-塔-线结构体系,差动因素增大输电塔的底部杆件的弯矩和剪力,这说明差动作用在工程中是需要考虑的;3)与结构自振特性分析结果不同,对于结构的动力响应而言,土-塔-线体系中塔的内力(弯矩和剪力)均比塔-线体系中塔内力大,这说明土层对地震动输入有放大作用。     

大跨越输电塔-线耦联体系风洞试验气弹模型设计研究

以榆横-潍坊1 000 k V特高压交流输变电工程线路工程为实际工程背景,研究大跨越输电塔-线耦联体系风洞试验气弹模型设计。采用离散刚度法设计输电塔气弹模型,并用自由振动法测得单塔气弹模型的自振频率。通过引入导线缩聚系数解决缩尺模型跨度过大问题,调整输电线垂度满足频率比要求。     

输电塔-线体系灾变分析与安全评估综述

输电塔-线体系是一种重要的生命线工程,它的安全性与可靠性直接关系到国家经济的命脉,一旦破坏将造成难以估量的损失和不良的社会影响。然而,近些年来极端天气和地质灾害的频繁发生,导致输电塔-线体系的破坏现象越来越严重,也逐渐引起社会的广泛关注。该文不仅重点探讨输电线路已有灾害的发生原因和破坏形式,而且从结构设计、数值分析和试验验证三个方面总结分析现阶段国内外为保证输电塔-线体系的安全运行所采取的方法和手段。通过对问题的归纳与总结,旨在发现设计与分析过程中存在的缺陷和不足,进而提高和补强结构抵抗外部环境荷载灾害性破坏的能力,以及加强设计人员对电网体系安全运行状况重要性和可靠性的意识。     

±800 kV特高压输电塔动力特性分析

针对在输电塔杆塔结构设计和动力特性的研究中难以通过理论分析和数值模拟准确获得塔身动力响应的问题,基于±800 kV特高压直流输电工程直线塔,建立塔-线-基础体系有限元模型,采用p-y曲线法建立离散非线性弹簧模拟土体对结构的影响,对比分析了单塔、三塔两线、塔-线-基础体系等不同计算模型的特高压输电塔的动力特性,并与现场试验结果进行对比。结果表明,输电线的质量和刚度对输电塔的动力特性有一定的影响,塔线耦合作用不可忽略。考虑桩-土相互作用使输电塔自振频率降低。与单塔模型相比,塔-线-基础体系模型计算得到的频率相对较小,与实际测试频率更为接近,验证了塔-线-基础体系模型的合理性。     

输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究

根据输电塔线体系在风(雨)激励下破坏的实际状况,建立了"三塔两跨"有限元分析模型,其中,输电塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元;提出雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于输电塔线体系的荷载组合原则;分析输电塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系;采用数值模拟方法,建立设计与灾害荷载的不同工况组合,分别在时域和频域内对输电塔的动力响应规律进行分析;采用结构主要组件(如主立柱杆件和输电线)强度分析的方法,分析结构强度的变化和灾害发生的可能性原因。研究表明:输电塔线体系的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响;降雨对输电塔线体系的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征;结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用,结构局部动态受压失稳造成的。     

基于ANSYS分析的高压输电塔结构动力特性研究

建立了某高压输电塔结构的梁—杆混合空间模型,应用ANSYS软件进行了该高压输电塔结构梁—杆混合空间模型的模态分析,利用子空间迭代法计算了该模型的前10阶自振周期、频率及振型,结果表明高压输电塔结构的梁—杆混合空间模型更接近于结构的实际受力状态,计算所得结构基本自振周期与现行建筑结构荷载规范经验公式及电力部门经验公式吻合较好。     

输电塔—线结构体系振动响应研究综述

介绍了输电塔线体系振动的基本特点,并对塔线体系振动响应的理论和试验研究进展进行了综合论述,重点阐述了考虑输电塔线体系耦联作用下的体系设计及振动响应、试验研究成果以及减振控制方法,提出了今后应重点解决的问题。     

大跨越输电塔线体系风振控制研究

本文通过模型风洞试验和对江阴大跨越输电塔线体系风振控制设计计算,研究了大跨越输电塔线体系动力特性和风振控制。通过悬挂水箱、粘弹性阻尼摆和悬挂水箱加粘弹性阻尼摆组合控制三种制振方案的气弹模型风洞试验研究,验证了设置振动控制装置可有效地减小大跨越输电塔的风振响应,为江阴大跨越工程风振控制设计及应用提供了依据。最后,对正在建设中高346.5m的江阴大跨越输电塔线体系进行风振控制设计,提出用调频质量阻尼器(TMD)和粘弹性阻尼器(VED)的控制方案,理论计算表明具有较好控制效果。     

大跨越输电塔线体系风振响应的时域分析

以规划中的世界第一高塔-舟山大跨越输电塔为工程背景,建立了塔线耦合体系的空间有限元模型,对体系的风振响应进行了时域分析,同时对输电塔线体系进行了气动弹性模型的风洞试验。通过理论计算和试验研究,将输电塔的响应分解为共振分量与背景分量,并分别考虑了输电线对这两部分分量的影响。针对背景与共振响应各自的特征,进一步提出了塔线体系的简化计算方法:背景分量的计算可以应用准静态假定,采用方差分析法得出;将塔线体系等效为悬吊摆系统,从而简化了共振分量的计算。上述两部分计算结果相叠加,即可得到塔线体系真实的风振响应。     

Study on structural damage and falling of glass curtain wall of super high-rise building under coupling action of wind and earthquake

超高层建筑服役周期长，在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用，需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构，依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型，根据场地条件选取3组三向地震动记录，并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法，研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小，而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大，其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下，主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大；在地震作用下，主体结构进入非线性状态后，结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅，但低于峰值加速度的增幅；在风荷载作用下，主体结构处于弹性工作状态，基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长，但因变形响应特性不同，变形产生非线性增长，结构扭转效应增大；在风荷载与地震耦合作用下，主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加，结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层，侧风面负风压较大，玻璃幕墙容易破坏而坠落，设计时需注意加强。     

风荷载与地震耦合作用下超高层建筑的结构损伤与玻璃幕墙坠落研究

超高层建筑服役周期长,在其全寿命周期内有可能遭受风和地震同时作用,需针对主体结构和玻璃幕墙受风、地震单独和耦合作用进行研究。基于结构高度为300.5 m超高层框架-核心筒结构,依据相关规范要求建立主体结构与玻璃幕墙整体有限元分析模型,根据场地条件选取3组三向地震动记录,并通过已完成的1∶440缩尺模型风洞试验获得10、50 a和100 a重现期的风压时程。采用非线性时程分析方法,研究风荷载、地震单独与耦合作用对主体结构和玻璃幕墙受力性能的影响。结果表明：玻璃幕墙对主体结构的影响较小,而主体结构对玻璃幕墙的影响则较大,其变形超过玻璃幕墙由荷载直接作用所产生的变形。在风荷载或地震单独作用下,主体结构的非线性响应和玻璃幕墙的破坏情况均随荷载强度增大而增大;在地震作用下,主体结构进入非线性状态后,结构顶点位移和层间位移角的增幅超过基底剪力的增幅,但低于峰值加速度的增幅;在风荷载作用下,主体结构处于弹性工作状态,基底剪力和倾覆弯矩随风压增大呈线性增长,但因变形响应特性不同,变形产生非线性增长,结构扭转效应增大;在风荷载与地震耦合作用下,主体结构和玻璃幕墙的非线性响应超出风荷载或地震单独作用的简单叠加,结构变形为单独作用简单叠加值的110%~134%。结构刚度变化较大的加强层及其邻近1~2层,侧风面负风压较大,玻璃幕墙容易破坏而坠落,设计时需注意加强。