考虑实际风速的输电塔疲劳寿命分析

风致振动是引起输电塔破坏的主要原因之一,为了研究极端大风区域设计基准期内输电塔在实际风荷载作用下是否会发生疲劳破坏,选取750kV吐鲁番—哈密一线的7A5-J1型耐张塔作为研究依据,研究了沿线风速的分布,采用自回归线性滤波法结合Davenport风速谱编写程序模拟了脉动风速时程,并利用Miner线性累积损伤理论结合材料的S-N曲线建立了一套完整的实际风荷载作用下的输电塔疲劳寿命的计算方法,并以此计算了该线路沿线最不利位置的疲劳寿命。结果表明:该线路输电塔在设计基准期内不会出现疲劳破坏。提出的方法可用于输电塔疲劳设计。     

顺风作用下输电塔疲劳可靠度分析

输电塔是电力输送的载体,是重要的生命线工程.疲劳可靠度分析是预测输电塔结构使用过程疲劳损伤寿命的有效方法之一.选取六安500kV双回路SZ34型塔体为研究对象,简化输电塔受力点,依据Davenport谱模拟脉动风荷载时程,考虑平均风速分布概率的影响,进行输电塔结构关键杆件应力响应分析.基于Weibull概率分布理论导出疲劳可靠度分析模型.通过静力分析得到塔体关键杆件,采用雨流法、材料累积损伤准则及系统可靠度理论,计算输电塔关键杆件的疲劳寿命及可靠度,预测输电塔结构系统的疲劳使用寿命及可靠度.这种方法可以在计算疲劳寿命的同时,利用可靠度计算检验疲劳寿命的正确性.通过工程实例仿真分析,表明该方法可以准确高效地预测输电塔结构的疲劳寿命及可靠度,为今后进一步的工程应用奠定了基础.     

宁波地区输电塔风致动力响应分析

为了保障宁波地区输电塔在风载作用下的运营安全,利用ANSYS建立了ZM4直线型输电塔有限元模型,基于MATLAB采用谐波叠加法生成了脉动风速时程,根据规范中规定的风速风载转换关系得到了风荷载时程,并将其加载到输电塔有限元模型进行风振响应分析,得到了位移时程曲线。结果表明:随着输电塔高度的增加,其动力响应的最大位移值增大,输电塔整塔表现为位移上大下小的弯曲变形。     

风雨荷载下输电塔体系的动力响应分析

通过数值模拟输电塔体系，利用谐波叠加法和Kaimal谱，完成了脉动风速时程的模拟和雨荷载模拟，最后利用ansys在时域内分析输电塔风雨荷载作用下的动力响应规律。分析表明：脉动风和降雨对输电塔体系位移响应都有明显影响，且脉动雨工况较平均雨工况下对位移响应量更加明显。     

500 kV输电塔线体系强风荷载倒塌分析

高压输电线路在强风荷载作用下的倒塔情况是影响输电线路安全运行的重要因素之一,选用Tian-Ma-Qu作为输电塔的角钢本构模型,利用脉动风脉动风中一维单变量下的随机平稳高斯过程,求解多变量的高斯随机过程,并拟合风速时程。建立三塔四线体系,将不同风攻角和不同风速下的风时程荷载输入。结果表明:0°风攻角下,前两个塔架(Z1、Z2)倒塌,风速为50 m/s;45°和90°风攻角下,中间塔架(Z2)塔倒塌,风速分别为38,34 m/s;随着风向角的由小变大,导致输电塔线体系破坏的风速逐渐变小;不同的风攻角会导致不同的输电塔倒塌。     

基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究

采用谐波叠加法,模拟了输电塔塔顶脉动风速时程曲线及风荷载时程.介绍了LQR控制算法的原理,利用MATLAB语言编制了LQR控制算法的程序,并对一输电塔模型结构在风荷载作用下的控制效果进行分析,结果表明,LQR控制方法可以有效地减小输电塔的风振响应,说明LQR控制方法是一种比较理想的减震方法.     

基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究

采用谐波叠加法,模拟了输电塔塔顶脉动风速时程曲线及风荷载时程。介绍了LQR控制算法的原理,利用MATLAB语言编制了LQR控制算法的程序,并对一输电塔模型结构在风荷载作用下的控制效果进行分析,结果表明,LQR控制方法可以有效地减小输电塔的风振响应,说明LQR控制方法是一种比较理想的减震方法。     

某羊角型输电塔的风振响应分析

本文首先简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR模型)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。本文以某羊角形输电塔为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立了有限元模型,并用MATLAB生成塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的基本模态为平面振动,但是同时具有扭转模态和局部振动模态;对此输电塔结构进行了平均风作用下的静力分析,同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在一般风荷载作用下的风振响应。结果表明,在考虑一般风荷载作用的情况下,输电塔在顶部出现最大的位移和加速度响应,而在底部出现最大的轴力响应,但由于本文输电塔结构杆件的变截面设计,最大的应力出现在约1/3高处的杆件上。相对于平均风的作用,结构响应在一般风荷载下呈现出明显的动力放大效应。     

输电塔风致响应数值模拟研究进展

输电塔是输电线路中重要的承重设施,其结构安全性直接关系到国家电网和输电线路的正常运行。目前针对输电塔风致响应主要通过现场实测、风洞试验和数值模拟等方法进行研究。随着计算机技术和数值方法的发展,对输电塔风致响应特征进行数值模拟分析开始被广泛应用并取得了大量研究成果。相关的数值模拟研究先通过建立对应的风荷载模型和结构模型,然后以有限元方法分析结构动力响应特征和研究对应的风振控制方法,因此从风荷载模型、结构模型、动力响应特征和风振控制研究等方面总结输电塔风致响应数值模拟研究进展。近地面风场的平均风和脉动风模型是构建结构风荷载的基础。针对平均风主要采用指数型和对数型风速剖面模型,而脉动风则主要根据相关的脉动风谱进行模拟。在不同极端气象条件下,风场表现出不同于良态风的风场特征,对应的平均风和脉动风模型需要进一步根据实际情况研究。构建输电塔风荷载还需要结合相关的结构参数,其中塔体结构整体挡风效应以及塔体构件之间的遮挡效应可通过流场模拟进行分析研究。对输电塔塔体结构建立有限元模型时,通常可将之视为刚架结构和桁梁混合结构,而利用桁架结构进行模拟的误差较大。输电塔所承受的荷载除了风荷载等外部环境荷载外,还应考虑输电线对塔体结构作用带来的影响,因此需建立塔线耦合体系对实际输电线路中塔体结构特征进行模拟。在构建塔线体系有限元模型过程中,可结合悬链线理论和导线水平张力对导线进行建模和找形。基于风荷载模型和结构模型可进行塔体风致响应分析,结构动力特征会对风致响应产生重要的影响,其中导线对塔体的作用使得整体体系的结构动力特征更加复杂。对于不同来流风向条件下输电塔的风荷载,我国相关规范有对应的计算系数和分配系数,而在塔线耦合体系中,风向对塔体结构风致响应的影响更显著。根据是否需要外界能量输入,结构风振控制分为主动控制、被动控制和混合控制。迄今为止,被动控制特别是调谐质量阻尼器仍然是对输电塔风振控制的主要方法,其中阻尼器的自振频率应与塔体自振频率保持一致,风振控制效果才能达到最佳,但是塔线耦合作用使得风振控制的优化更为复杂。此外,还对未来可能的研究方向进行了展望,进一步研究特殊天气风场特征、开发更可靠的有限元建模方法、深入研究塔体扭转向及沿线向响应特征、优化TMD设计参数和布置方案等都应是未来重要的研究方向。     

基于完全气弹模型风洞试验输电塔风荷载识别

按照基本缩尺律,设计、制作了输电塔完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了多种风速、风向条件下输电塔的位移与加速度响应。通过加速度响应功率谱识别出结构的固有频率,并采用Hilbert-Huang变换结合随机减量法识别出包含结构阻尼和气动阻尼的结构总阻尼。利用虚拟激励法建立了由测点位移响应来识别结构顺风向、横风向风荷载的方法。由识别出的风荷载谱曲线,利用非线性最小二乘法拟合得到输电塔顺风向、横风向风荷载经验公式。研究结果表明：风洞试验设计、制作的输电塔气弹模型,测试得到的模型第1阶自振频率与有限元计算结果吻合较好;横风向荷载谱形态与顺风向的相比有较大的区别,其能量分布在一个更宽的频带上,其峰值频率是顺风向的3～4倍。     

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。     

双回路直线型圆管角钢组合输电塔架风振分析

双回路直线型圆管角钢组合型输电塔具有钢管塔的优点,但国内外针对此类输电塔风振响应研究尚少.基于MATLAB软件,采用AR法对风荷载进行模拟,得出该型输电塔在脉动风作用下的风振响应.研究表明:通常的静力设计方法可能导致输电塔基础承载力的不足;在设计时,应充分考虑变坡度位置的刚度.     

风荷载下碰撞摆对输电塔线体系的振动控制分析

高压输电塔-线体系是重要的生命线工程,确保它们在脉动风荷载下的安全可靠运行,具有十分重要的意义。本文通过MATLAB编程实现脉动风荷载的生成,基于实际工程,运用ABAQUS有限元软件对脉动风荷载下输电塔结构及输电塔-线体系在碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)控制下结构的动力响应进行研究,研究表明该减振装置具有良好的减振效果。另外,通过对不同质量比的减振装置的减振效果进行分析,确定该减振装置的最优质量比,为指导工程实际提供可靠的依据。     

风荷载作用下输电铁塔抗地表变形性能的试验研究

为研究采动区输电塔在风荷载工况下的抗地表变形性能,以110 k V典型输电塔为原型,制作2个该铁塔子结构的1/2比例模型。分别考虑15,30 m/s风速的风荷载在垂直线路方向的作用,进行铁塔模型在支座水平拉伸位移作用下的抗变形能力试验,获得了杆件截面平均应力、变形与支座位移值之间的相关关系,分析了风荷载作用对输电塔的抗地表变形能力及破坏形态的影响。研究表明:风荷载导致输电塔抗地表变形能力的降低,且风速越大抗变形能力的降低幅度也越大;与无风荷载作用的情况类似,铁塔在受到风荷载和地表水平拉伸变形的共同作用下,以底部第一交叉斜材的平面外屈曲为主要特征。但由于风荷载改变了交叉斜材的内力分布,部分交叉斜材中压力较大的杆件首先出现了半杆件的屈曲破坏。因此,重视风荷载的不利作用,并对底部交叉斜材加强平面外约束或者减小其长细比,对于确保采动区铁塔的抗地表变形能力非常必要。     

EF2级龙卷风作用下输电铁塔力学响应研究

为研究龙卷风作用下输电铁塔的力学性能,以某110 kV线路直线型铁塔为研究对象,模拟EF2级龙卷风的风场结构,用ANSYS软件建立输电塔有限元数值模型。经过计算确定龙卷风的最不利半径为30 m。按照设计规范规定的风荷载计算公式,将30 m半径对应的风速场转化为风荷载并施加到输电塔有限元模型上。计算输电塔结构的塔顶位移,并分析其强度和稳定性随高度的变化规律。经过分析可以看出,在斜向风作用下输电塔的响应较大,且输电塔中下段是抗风薄弱部位,不能满足EF2级龙卷风的承载要求。为使输电塔在高等级龙卷风作用下不致遭受较大破坏,应对中下塔段进行加固或提高钢材的屈服强度。     

基于AR法的某220kV输电塔三维空间风振响应分析

本文以某2E2-SZ2型220kV输电塔为例,建立ANSYS三维有限元模型,并对其进行模态分析.采用自回归(AR)模型编制了输电塔结构的空间三维风速时程模拟程序,在两种攻角风荷载作用下,对输电塔位移、主材应力分布进行计算分析,讨论了脉动风对输电塔的影响并提出一些有益结论.     

±1100 kV特高压直流输电线铁塔风致响应及风振系数研究

塔身高、横担超长及刚度不均匀是±1 100 k V特高压直流输电线铁塔的显著特征,与普通高压输电塔相比,其"头重脚轻"现象更为严重,风荷载的作用效应及风振响应更加复杂。通过运用Davenport风速功率谱模拟大气边界层的脉动风速,并考虑风荷载的空间相关特性,模拟分析B类场地43 m/s基本风速下该输电塔的风荷载时程;开展该铁塔风致响应的数值分析,研究其风振特点、顺风向风振系数计算方法及沿高度变化规律。基于风振响应分析可知:±1 100 k V特高压铁塔的风振系数沿高度并呈成线性分布,即在横担附近存在较大突变,与现有计算理论不相符;由于风振系数相关规范值忽略结构物外形、质量沿高度不均匀变化的影响,未能准确反映整塔风振系数沿高度的变化规律,且偏于不安全。     

强风荷载作用下500 kV输电塔线体系动力分析

高压输电线路在强风荷载用下出现倒塔的情况时有发生,静力风荷载的设计方法已表现出一定的局限性。通过利用Davenport风速功率谱模拟形成输电塔不同高度处风荷载时程,并施加相应位置,得出输电塔最大位移时程曲线、输电塔最大应力单元曲线、导线弧垂最低点位移时程曲线和导线最大应力时程曲线;结果表明:动力响应情况下的上述指标均大于静力风荷载下的相应指标。导线轴向拉力时程曲线存在一定的不同步位移情况,增加了输电塔的不平衡受力情况,使得输电塔线体系受力更加复杂。     

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。     

基于修正的广义风荷载谱的输电塔架风振系数计算方法

本文分析并指出了《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)中关于计算输电塔风振系数条文中存在的问题,引进了基于输电塔气弹模型风洞试验数据得到的输电塔顺风向1阶广义风荷载谱模型,并对其进行了地貌和振型修正。详细推导了基于修正的输电塔1阶广义风荷载谱计算其风振系数的方法,采用该方法计算了某大跨越输电塔的风振系数,并且与基于准定常理论采用Daven-port谱和规范方法计算得到的风振系数进行比较,所得结论具有重要的参考价值,可以直接为输电线路工程设计提供借鉴。