±1100kV输电塔风振响应及风振系数研究

随着电力行业的发展,特高压输电成为越发重要的输电方式,但由于设计不合理等原因引起的风致倒塔事故频繁发生,输电塔抗风设计日益重要。本文以准东-华东±1100kV输电线路工程为背景,采用有限元方法对37m/s大风区典型长横担单回路输电塔结构进行风振响应分析,研究不同风速、风向和结构形式下此类输电塔的风振响应,探讨风速、风向和塔型对输电塔风振系数的影响,分析得到输电塔塔身及横担的风振系数,与相关规范值进行比较,给出1100kV直流线路工程设计中风振系数的取值建议。     

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。     

±1100kV特高压长悬臂输电铁塔风振特性研究

1100 kV长悬臂输电塔结构第一振型为扭转振型,结构的力学特征与传统输电铁塔有较大差异,其风致响应和风振系数具有研究意义。在论证DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》忽略结构物外形、质量沿高度突变的影响,未能准确反映整塔风振系数的基础上,基于MATLAB采用线性滤波法中的自回归法对大气边界层的脉动风速进行了模拟,利用ABAQUS软件对该输电塔进行动力时程分析。根据结构的动力响应,计算输电塔结构塔身和横担部分的风振系数,并进行安全性验证。经分析可知:风振系数沿高度呈线性分布,但在横担附近存在较大突变,且沿长悬臂方向变化幅度不大。     

特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析

针对特高压大跨越输电塔跨越档距大、塔体高且负荷重的特点,从材料选取、导线排列方式、结构动力特性以及风振响应等几个方面对1 000 kV特高压双回路跨越输电塔进行分析,总结了所研究塔型的动力特点,对其风振系数进行了计算和讨论,并根据动力特性分析提出了结构设计中风振系数的取值方法。结果表明:风振系数具有较大的离散性,不同塔身高度应取不同的值进行计算;该方法为特高压大跨越输电塔的结构设计提供了参考。     

井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响

采用数值模拟方法研究井筒对特大跨越输电塔风致响应的影响,提出钢管混凝土杆采用钢管杆等代的等效建模方法,采用时域法和频域法研究有无井筒输电塔在顺线路和横线路方向的风致响应,最后将风振系数结果与规范规定值进行比较。研究表明：利用截面刚度等效原则进行钢管混凝土杆等效为钢管杆的方法是可行的;考虑井筒后输电塔的前两阶自振频率降低明显,输电塔的位移和加速度均增大;时域法和频域法的计算结果接近;有井筒输电塔的整体风振系数比无井筒输电塔大11%～15%;风振系数计算结果与《架空输电线路荷载规范》(DL/T 5551—2018)的规定值比较接近。     

大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析

输电塔是高柔度的风敏感结构,大跨越输电塔线体系由于塔线耦合作用,动力特性和风振响应变得复杂。以智力CHACAO大跨越工程为例,在Ansys中建立塔线体系有限元模型,从结构的动力特性和风振响应几个方面对单塔及塔线体系进行风振分析;根据时程分析结果对风振系数进行计算并和规范结果对比,发现按照建筑荷载规范结果不准确也不安全,架空输电线路荷载规范由于考虑了横担处的质量突变等因素,总体来说更符合实际也更偏于安全。     

多回路输电塔风振系数研究

多回路输电塔由于质量与面积沿杆塔高度存在突变,按照规范公式求解风振系数将偏于危险。基于杆塔的集中质量模型,对输电塔风振系数的频域分析方法进行了探讨,推导了考虑背景响应的等效静力风荷载计算公式。通过比较阐明了多回路输电塔风振系数沿塔高的变化特点,分析了背景响应分量对风振系数的影响,并建议在进行多回路输电塔的抗风设计时,采用杆塔多阶振型的CQC组合计算等效风荷载。     

大跨越输电塔结构风振系数研究

在输电塔结构设计中,风振系数的取值非常重要。本文结合500kV崖门大跨越输电塔工程实例,通过输电塔结构时程分析,得到结构在风荷载作用下风振响应,统计了输电塔结构的风振系数取值,与多种现行规范进行比较,对大跨越输电塔结构抗风设计给出了建议。     

精细化风荷载作用模式下输电塔的动力响应研究

为研究精细化风荷载作用下输电塔的动力响应特性,采用高频天平测力试验获得横担和塔身及其主要杆件的体型系数,采用节点集中加载和均布加载两种风荷载作用模式,计算了高压输电塔在不同加载模式下的风致动力响应以及风振系数,并与规范结果进行对比分析。研究表明:相比试验结果,规范建议的体型系数偏低,由此得到的结构位移、加速度和杆件内力响应均偏小,但按规范方法得到的风振系数偏大;与节点集中加载方式相比,均布加载模式下塔身的总体位移和加速度响应基本不变,横担的位移和加速度响应略有增加;横担主杆、腹杆和塔身斜撑的截面最大应力均有不同程度的明显增加,而塔身主杆的截面最大正应力变化不显著。风荷载加载模式对横担的内力响应影响较大,但对塔身主杆的内力和整塔的风振系数影响较小。     

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。     

基于SAP2000有限元的景观输电塔风振响应研究

鉴于传统输电塔结构造型单一,针对兼顾结构美观性与周围环境协调性新型景观输电塔,采用AR模型模拟20 km/h的风速时程作用下进行风振响应分析,并把风振系数理论计算值与规范计算值进行了比较.结果表明:随着高度增加,输电塔风振系数基于软件SAP2000实际计算值与规范计算值相差较大,建议风振系数值采用理论计算值.     

F型特高压输电塔风振响应分析

F型输电塔在电网走廊较为紧张的地区有较为广泛的应用前景,目前关于F型输电塔风振响应方面的分析还较少。以某F型输电塔作为研究对象,采用有限元软件ANSYS研究了单塔与其塔-线体系的动力特性,并进行了风振动力响应分析。分析结果表明,考虑导线的影响会提高输电塔的刚度,同时对整体结构的扭转具有抑制作用;下横担扭转角相对塔顶角与上横担扭转角更大,在设计时需要更多地考虑下横担处的扭转,并做相应的结构加强处理。     

±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。     

陡峻山区输电塔风振响应分析

为有效解决陡峻山区立塔困难的问题,提出采用塔腿含过渡段的输电塔结构形式以解决塔腿高差过大的问题。通过自立式铁塔内力分析软件TTA和有限元分析软件ANSYS对一塔腿含过渡段的220 kV输电塔动力特性和风振系数进行计算,分析了塔腿含过渡段输电塔振型和风振响应的特点。结果表明:增加过渡段后,输电塔第1、2阶振型方向和平腿模型相反,风振系数与平腿模型相比变化不大,设计时应加强横隔面等构件,以增加输电塔竖向及整体刚度。     

海风环境大跨越铁塔风致响应研究

大跨越输电塔属风敏感结构,风荷载是设计的主要控制荷载。本文以某一海风环境大跨越输电塔为研究对象,结合动力时程法,计算得到了大跨越塔的风致响应时程,研究了结构各部位的风振系数分布特点,并与我国规范进行了对比。通过研究,揭示了海风环境大跨越塔的风振特性,结果可作为大跨越铁塔结构抗风设计的参考。     

±800kV特高压T型长横担输电塔风振特性研究

±800kV特高压直流塔是T型长横担输电塔型,属于风敏感结构,风与结构的相互作用十分复杂,风荷载常常是设计的主要控制荷载。本文以某一±800kV直流塔为工程背景,建立了详细的有限元计算模型,获得了结构的自振动力特性。在考虑节点风荷载空间相关性的基础上,利用Kaimal谱对结构的风荷载进行了准确的数值模拟。结合动力时程积分法,计算得到了结构的风致振动响应时程。研究了结构位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布特点,同时分析了结构各层的风振系数分布特点,并与我国规范进行了对比。通过研究,揭示了直流塔的风致振动特性,结果可作为直流塔结构抗风设计的参考。     

500kV输电塔承载能力分析及优化设计

研究覆冰情况下输电塔的承载力和合理构造,具有重要的工程和社会意义。本文以500 kV酒杯型输电塔为例,建立有限元分析模型,考虑输电塔结构的几何非线性和材料非线性,计算在自重、覆冰和风荷载及正常与断线导线张力作用下,输电塔结构的承载力。通过比较18种荷载组合下输电塔杆件应力和位移,确定出输电塔结构的薄弱部位,并对其进行优化设计,在横担和塔身处添加斜杆和水平支撑,并调整塔颈形状,验算结果表明,优化设计后的塔型,其整体刚度和承载力均有大幅度提高。     

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。     

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。     

空间相关性的不确定性对输电塔动力风荷载的影响

以沿海某省110 kV输电塔型为原型,选定两组不同的相干函数和三组不同指数衰减系数C作为不确定性参数。在考虑良态风速谱和台风风速谱而拟合出不同的风荷载时程,并将不同的风荷载输入到模型中,得到不同高度处输电塔的位移值、横担水平位移值以及输电塔杆件的最大内力值。结果表明:台风谱拟合的风荷载所对应的输电塔响应值要大于良态风谱拟合所对应的输电塔响应值。水平方向衰减系数对横担端点的水平位移影响较大。输电塔的空间相关性主要受竖向指数衰减系数控制。因此,空间相关性参数对输电塔风荷载响应影响较大。