采动区地表变形对输电塔线体系的影响规律研究

利用ANSYS有限元分析软件建立输电塔线体系有限元模型,研究了采动区地表变形下输电塔线体系抗地表变形内力特性、输电塔线体系的极限抗变形能力和破坏机理以及塔线耦联作用对输电塔抵抗各种单一地表变形的影响,分析了输电塔线体系在各种地表变形组合下的薄弱杆件以及塔线耦联作用的贡献,得到输电塔线体系在不同单一地表变形下能够承受的地表变形值及其破坏形态。通过比较塔线体系中3个输电塔在单一地表变形下的内力变化,得到塔线体系耦联作用对输电塔抗地表变形的影响规律。     

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。     

基于直接积分法的放散塔地震分析

放散塔是炼钢厂重要组成部分,易受地震影响。其破坏将造成巨大经济损失,对放散塔进行抗震分析很有必要。利用Ansys通用有限元软件,通过beam188单元模拟结构杆件建立有限元模型,输入EL_CENTRO波作为输入地震加速度,分析放散塔的地震响应以及放散塔杆件应力分布,指出放散塔危险杆件的位置。     

不均匀沉降条件下输电塔线体系安全性能研究

为准确获知采空区不均匀沉降条件下输电塔线体系的安全性,构建了单塔模型和输电塔线体系的三塔四线模型,基于数值模拟分析方法,研究支座不同位移工况下输电塔或塔线体系的杆件应力、塔体变形、电缆线及相互影响等。分析结果表明单支座沉降会使塔腿应力显著变化,双支座沉降会使得塔体产生明显的倾斜趋势并致使拉紧侧电缆线应力增大。结论指出,在进行采空区输电塔线体系设计,应考虑双支座沉降对电缆线及邻塔的影响。     

强震下输电线路的塔-线耦联效应及方向耦合效应研究

强震下输电线路塔-线耦联效应和方向效应,为大跨输电线路的地震响应机理及抗震性能研究的关键。以某9度地震烈度区一典型耐张段塔-线体系为分析对象,采用非线性时程分析法,考察了单向地震作用下塔-线体系的地震效应系数及耦联效应系数。结果表明:纵向和竖向地震作用下,地震效应及导线的耦联效应显著,尤其对于耐张塔和直线杆塔的瓶口部位,设计中应予以重视。另外,通过将塔-线体系在单向地震作用下与三向地震共同作用下的动力响应进行比较,考察了塔-线体系在多向地震作用下的方向耦合机制。研究表明,多向地震作用下,塔-线体系的杆件应力在三向振型之间存在一定的耦合效应,采用CQC法具备一定的精度。     

采动区输电塔线体系在不同方向地表水平变形下的抗变形性能研究

为了评估煤矿采动导致的水平地表变形对输电线路的安全威胁,以220 kV线路中的输电塔线体系为研究对象,运用有限元软件ANSYS,建立了输电塔线体系的有限元模型,考虑水平地表变形的类型、方向,分析铁塔杆件受力的变化规律,揭示铁塔的破坏模式与地表水平变形的相关关系。研究表明:在水平地表变形下,铁塔以第一横隔支撑面附近的交叉斜杆、横隔材等杆件的屈曲为主要的破坏标志;地表水平变形的方向对铁塔的破坏模式和抗变形能力都有显著的影响;与顺线路方向和垂直线路方向的水平地表变形相比,当水平地表变形沿着斜方向作用时,铁塔的抗地表变能力明显降低,且当夹角为45°时达到最小。     

大跨越输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

基于1 000 k V特高压交流输变电工程线路中的大跨越输电塔-线体系,开展大跨越输电塔-线耦联体系的气弹模型风洞试验,研究不同风向角和不同风速下体系气弹模型在紊流场中的风振响应,并与输电单塔的风振响应进行对比。试验结果表明:在紊流风场中,塔线的相互耦合作用导致大跨越输电塔-线体系具有较强的非线性。在0°~30°风向角下,输电线的存在增大了体系的阻尼,降低了体系的风振响应;在45°~90°风向角下,位于输电塔线体系两端的输电塔G2和G4的风振响应更容易受到塔-线耦合作用的影响,在大跨越输电塔-线体系抗风设计中应受到重视。     

强震下±500kV直流输电塔-线体系的响应机制研究

塔-线体系强震下的耦联机制一直是高压输电线路抗震研究的关注热点,本文以高烈度地区的某典型耐张段为例,通过精细的空间有限元建模与非线性动力计算,对比分析了罕遇地震下考虑导线地震动张力的耦联工况与只考虑导线自重下静张力的非耦联工况的时程。从塔顶位移、地震剪力和薄弱杆件应力响应幅值三个方面,提出了地震耦联效应系数作为耦合作用机制的量化指标,研究和揭示了垂直线路方向、顺线路方向和竖向地震作用下,塔-线地震响应的耦联机制。为输电线路支撑杆塔的抗震设计及相关电力设施抗震规范修订提供了数据基础和参考依据。     

大跨越输电塔线体系地震时程响应研究

本文针对国外某大跨越输电塔线体系,利用ANSYS15.0软件建立了导线、单塔和塔线体系模型。然后,进行了动力特性分析,发现导地线的质量作用使塔线体系中跨越塔的自振频率降低,且在横导线方向降低幅度更大。最后,采用时程分析法对单塔及塔线体系进行双向输入地震响应分析。发现导地线对钢塔顺导线与横导线方向地震响应的影响程度不同,塔线体系的顺导线方向是结构抗震更为不利的作用方向;两种体系大部分杆件轴力峰值的差别不大,但对于部分控制杆件的轴力,塔线体系的结果比单塔体系小,说明输电线对塔线体系的抗震起到有利作用。     

输电塔-线体系完全气弹模型风洞试验研究

按照基本缩尺律,设计、制作出模拟输电塔-线体系的一塔两跨线完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了各种风速下输电塔在挂线和不挂线工况下的位移与加速度响应,观测了输电塔-线体系的极限风荷载和风毁模式,同时通过测量导地线线端应变和绝缘子应变,得到导地线传递给输电塔的静、动力风荷载。研究了塔线耦联对输电塔风振响应的影响,分析了单塔与输电塔-线体系气弹模型风振响应随风速的变化规律和频谱特点,得到了若干对输电塔抗风设计有参考价值的结论。     

输电塔线体系动力特性及其风振响应的分析

利用有限元软件ANSYS,对实际工程中的某一直线塔分别按照角钢塔。钢管塔两种不同杆件形式建立空间非线性有限元模型,对比分析了单塔及塔线体系的动力特性,探讨了角钢塔与钢管塔动力特性的差异。对单塔和塔线体系模型进行风振响应时程计算,并对位移,加速度响应进行了对比分析。研究表明:角钢塔1阶振型频率较钢管塔高,但高阶振型频率较钢管塔低,输电塔单塔模型各阶振型频率与塔线体系模型差别不大,进行动力特性分析时,可直接按照单塔模型计算;但要对塔线体系进行风振响应分析时,应按照工程实际情况,建立一个完整的耐张段来分析。     

应用摩擦摆支座的单层球面网壳地震响应分析

为研究摩擦摆支座对网壳结构抗震性能的影响,本文分析摩擦摆支座的隔振机理,应用LS-DYNA有限元软件对摩擦摆支座进行实体建模,并验证该种建模方法的正确性。将静力作用下的铰支座和摩擦摆支座单层球面网壳的力学性能进行对比,结果表明应用摩擦摆支座使网壳结构的初始变形增大;在此基础上,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳施加不同强度的地震动,从杆件轴力、节点加速度和节点相对位移三个方面对结构的动力响应特性进行分析,并讨论摩擦摆支座在单层球面网壳结构中的有效性和适应性,得到随着地震动强度的增加,轴力振动幅值减小的杆件数目及加速度和相对位移减小的节点数目也是增加的结论。最后,通过对最外环杆件截面加强,对应用摩擦摆支座的单层球面网壳同样进行地震响应分析,讨论外环杆件加强对结构抗震性能的影响。     

大跨越输电塔线体系的风荷载模拟及耦合风振研究

根据输电塔线体系在风荷载作用下的破坏特点,采用ANSYS有限元软件建立"两塔三线"钢管塔线体系的空间杆梁混合有限元模型,其中主要钢管构件和绝缘子串采用Beam 4梁单元,横撑和斜撑钢管构件采用Link 8杆单元,导、地线采用Link 10索单元;采用Davenport风谱,并运用基于功率谱密度函数的谱表示方法,考虑风速时程的时间和空间相关性,模拟生成了输电塔、导地线的脉动风速时程;在时域内分析输电塔线耦合体系模型在风攻角分别为0°、45°和90°的风振反应,得到输电塔、导地线的位移和加速度反应;讨论输电线对输电塔线体系的影响,得出一些重要结论,对输电塔线体系的抗风设计具有一定的参考价值。     

竖向多点激励下输电塔线体系导(地)线及绝缘子动力响应分析

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应及场地相干效应,基于建立的某大跨输电塔线体系空间有限元模型,在7度竖向地震作用下,采用考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了该体系在竖向多点地震作用下的动力时程响应特性,并和一致激励下的响应情况进行比较.结果表明:竖向地震能明显增大绝缘子的内力,但对导线内力影响不大;多点激励对导地线及绝缘子的内力响应影响都很小,基本可以忽略.     

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。     

考虑脉动风影响的风电塔风致动力响应数值分析与现场监测比较

本文基于"风轮-机舱-塔体"三维仿真模型,进行风电塔在暴风荷载作用下的风致动力响应分析,并基于规范中的风荷载计算方法与动力分析方法对风电塔的应力、位移和内力进行计算分析,同时研究风电塔风轮受不利风向影响时的力学特性变化规律,并对风电塔在常规风荷载作用下的应力和位移进行现场监测比较研究。结果表明,基于规范计算的风电塔的应力、位移及内力要比动力分析的计算值偏小;脉动风时程激励下,风电塔的最大应力值低于结构的最小许用应力值,但结构顶部的水平位移超过结构的位移限值,在风电塔设计中应予以注意。风电塔受不利方向的暴风影响会产生很大的内力,塔底最大剪力和弯矩增大了91%和106%,在风电塔设计过程中应该重点考虑;基于常规风荷载作用下的应力和位移的数值仿真结果与监测结果吻合较好。     

输电塔塔身斜材埃菲尔效应研究

本文结合某500kV双回路直线塔,分别利用英国BS8100规范、我国高耸结构设计规范和电力行业杆塔结构设计规范的方法对其塔身斜材埃菲尔效应进行计算和对比分析。同时,以三个实际工程为算例,建立了塔线耦联体系有限元模型,计算得到了塔架各杆件在模拟风场中的内力时程,得出了塔身斜材埃菲尔效应的分布规律和特点。,以及对于塔架的塔身斜材,采用折减系数法设计计算是偏于安全的结论。同时,为简化铁塔计算,建议在工程设计中塔身斜材内力一般可取主材内力的3%。     

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。     

2008奥运会羽毛球馆预应力损失对结构体系影响分析

2008奥运会羽毛球馆弦支穹顶结构采用张拉环索的方式进行预应力施工。由于加工制作安装技术难度大,环索与撑杆相连的下节点之间的实际预应力损失比设计取值偏大,引起环索各段索力不均。本文通过在环索节点和撑杆下节点间耦合自由度并增加变刚度弹簧单元来模拟预应力张拉时环索带摩擦滑移,利用此方法可以在有限元模型中模拟施工监测得到的各段环索预应力损失;在此基础上进一步分析了预应力损失对弦支穹顶结构的内力、变形以及整体稳定的影响。研究表明:预应力损失造成径向拉杆内力发生大幅度变化;造成钢网壳内力分布不均匀;对结构的整体变形影响不大,只是使同圈的结构变形不均匀;使结构的整体稳定性能下降20%左右。