输电铁塔结构受冰雪荷载作用的破坏原因

冰冻雨雪天气引起超过设计标准的覆冰荷载,使铁塔破坏和倒塌,在具体作用方式上又有所不同,可以大致分为将铁塔压坏、拉坏、扭坏、屈曲失稳破坏以及拉扭共同破坏等几种形式。从输电塔结构的结构形式着手,论述了其在冰雪荷载作用下产生破坏的原因及其力学角度的基本防护措施。     

输电铁塔钢管构件非线性屈曲荷载理论和试验研究

针对输电铁塔钢管构件的制作过程及受力特点,比较分析了不同轴心受压构件稳定承载力理论,对屈曲荷载计算的Shanley力学模型进行修正,提出了可以考虑钢管构件初始弯曲的改进Shanley压曲荷载模型,推导了相应的轴压承载力计算式。开展同径厚比、不同长细比、不同初始弯曲幅值钢管的轴压承载力试验,试验加载结束时钢管的失效模式与改进Shanley力学模型局部一致。计算分析不同初始钢管的轴压承载力,并与试验结果进行对比,理论计算值与试验值的平均误差均小于4.0%,表明改进Shanley模型及其计算式可以定量计算初弯曲对钢管构件压曲荷载的影响,且具有很好的准确性和实用性。研究成果可供输电线路钢管塔及其他钢管结构设计参考,也为相关规范修编提供理论依据。     

覆冰荷载下输电铁塔体系可靠度研究

研究在覆冰荷载作用下,输电铁塔主要失效模式及其体系可靠度。建立覆冰荷载作用下寻找输电铁塔主要失效模式的方法,该方法以覆冰厚度为控制量,可以方便地获得铁塔的主要失效模式及相应的极限覆冰厚度。利用基于响应面的随机有限元法来获得各失效模式上各个单元的极限状态方程,然后用逐步等效线性化法得到各失效模式的等效线性化极限状态方程。所有的失效模式组成一个串联系统,计算各失效模式间的相关系数,最后由Ditlevsen界限法计算输电铁塔体系可靠度。分析在2008年初的冰雪天气里发生倒塌的我国南方某220kV输电铁塔的主要失效模式及其体系可靠度。通过计算指出由于不平衡张力的存在,使输电铁塔的极限覆冰厚度接近于它的设计覆冰厚度;同时指出:如果借鉴构件的目标可靠度指标的话,既有输电铁塔在设计覆冰条件下,体系可靠度指标不能满足要求。     

输电铁塔风荷载作用下剩余寿命的计算方法分析

鉴于输电铁塔在强风作用下，非线性特征影响较大，对风荷载作用下的输电铁塔进行了疲劳分析。给出了工程应用实例，结果合理。     

采动区地表变形对输电铁塔抗风性能的影响研究

为研究采动区地表变形对输电铁塔的抗风性能的影响,以典型的110 k V输电铁塔为例,建立有限元模型,分析在不同类型地表变形下铁塔在风荷载作用下的破坏特征,获得了铁塔极限风荷载与地表变形的相关关系。研究表明:输电铁塔的抗风极限承载力随着地表水平变形值的增大而减小,且地表变形值越大,抗风极限承载力的减小幅度变化越明显;与垂直于风荷载方向的地表水平变形相比,当地表水平变形的方向与风荷载方向相同时,输电铁塔抗风性能的下降更为明显;地表水平拉伸变形对输电铁塔抗风性能的不利影响比地表水平压缩变形更为明显。单支座的竖向下沉对铁塔抗风性能的不利影响非常显著。     

线性和均布荷载共同作用下简支圆板的极限荷载

采用统一屈服准则对线性和均布荷载共同作用下的简支圆板进行了塑性极限分析,并考虑了2种荷载形式,分别得出了极限解的表达式.通过变化解中参数值得出一系列不同屈服准则下的解析解和极限荷载随不同屈服准则变化的曲线.所得结果适用于各种拉压强度性质相同的材料,根据不同的材料取不同的参数值,可以得出对应材料的极限荷载.已有的Mises解是该文解的特例,从该文的统一解可知,正确认识材料强度并合理运用屈服准则对发挥材料潜能具有重要的意义,可使工程取得更好的经济效益.     

基于荷载效应的结构抗风设计方法研究

对等效静风荷载的基本理论进行分析,指出GB 50009-2001《建筑结构荷载规范》的风振系数法给出的等效静风荷载在只考虑1阶振型的前提下,能够实现各种荷载效应的等效;需考虑多阶振型的结构,只有在各阶振型完全相关的条件下,才能得到可满足全部荷载效应等效的静风荷载;一般情况下,包括阵风荷载因子法在内的计算方法,给出的等效静风荷载只能保证单个或多个响应目标的等效,其他荷载效应存在较大不确定性,可能造成据此进行的抗风设计偏于保守或不安全。为克服这些传统抗风设计方法的局限,提出了直接以荷载效应包络值进行结构抗风设计的基本思路：结合风洞试验得到各种荷载效应在不同风向角下可能出现的上、下限值,再将其与其他荷载作用下的效应直接组合进行结构设计。通过工程实例分析表明,采用阵风荷载因子法得出的等效静风荷载值可能导致其他荷载效应被大大高估,而直接采用荷载效应包络值用于结构设计,不但其值准确,且易于操作。     

考虑层面滑移条件的软弱夹层极限荷载分析

针对现有岩土体中软弱夹层的极限荷载计算理论无法全面考虑层面滑移条件,且多数理论采用金属材料屈服准则,并不适用于具有内摩擦特性的岩土材料的问题,基于Prandtl塑性挤出破坏模式,采用主应力法和摩尔 库仑屈服准则,分析了3种层面滑移条件下软弱夹层极限荷载的变化规律及3种滑移条件的适用范围,得到了相应的极限荷载计算公式,并将其与薄层挤压理论及Prandtl理论进行了对比,指出了所述方法适用的夹层宽厚比范围。结果表明:软弱夹层的极限荷载随夹层宽厚比、强度参数、摩擦因数的增加而增大,但摩擦因数高于一定值以后极限荷载不再随之变化;夹层面滑移条件在强度较低时对极限荷载的影响不明显,极限荷载主要受夹层材料强度参数控制;软弱夹层强度逐渐提高时,夹层面的滑移条件对极限荷载的影响逐步变大,尤其在夹层宽厚比较大时更为显著;提出的极限荷载计算公式能较明确地反映夹层面滑移条件对极限荷载的影响,可以为岩土体中软弱夹层的稳定性分析提供参考。     

输电塔架结构的极限承载力分析

利用有限元分析软件ANSYS建立了一个330KV输电塔架的桁梁混合有限元模型,对其进行极限承载力的分析,描述结构在超载下的破坏过程,得出了结构的极限承载力,这些为塔架结构的可靠性分析和维修加固提供了依据。     

输电铁塔斜材振动原因分析

对实际工程应用中的某单回路输电铁塔斜材的振动原因进行了分析,通过建立有限元分析模型并进行动力特性分析,指出横隔面以及塔腿斜平面的布材不合理是导致铁塔斜材振动的主要原因,通过施加初始激励证实了主材扭转对斜材振动也有一定影响,由此提出了曲臂、横隔面以及塔腿斜平面改进后的合理布材形式,以供实际工程设计参考。     

输电铁塔单角钢轴压承载力计算公式及试验研究

国内外规范中关于单角钢轴压承载力的计算理论及计算值不尽相同,按照ASCE 10-97计算所得的承载力安全保障不足,而按照国内规范设计则安全裕度较大,偏保守。针对国内外规范计算得到的单角钢轴压承载力差异较大的问题,对比分析了各相关规范关于单角钢轴压承载力的计算理论,开展了3个规格3种长细比的Q345单角钢的轴压承载力试验;探讨了国内外单角钢轴压承载力试验值与规范值的差异。经分析研究可知,当长细比较大时,角钢主要发生绕最小轴的弯曲破坏,此时宽厚比对单角钢轴压承载力的影响不大,对宽厚比有限值的公式可在长细比较大时对其进行修正;按照美国规范ASCE 10-97计算出的角钢承载力规范值与试验结果吻合较好,我国规范《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154—2002)可参考美国规范的计算方法来进行修正。     

基于能量法的下击暴流作用下输电塔线体系失效 倒塌研究

对下击暴流作用下的输电塔线体系进行了基于能量法的失效倒塌分析。采用ABAQUS软件建立了 “一塔两线” 的输电塔体系有限元模型; 基于改进的OBV模型的时变平均风速模拟方法,推导并得到了输电塔及导线各节点的下击暴流风速时程曲线; 采用基于特征能量的动力稳定性判别方法对塔线体系在3个不同风速的下击暴流动力工况时的响应进行分析,确定了下击暴流作用下输电塔失效的时刻,探讨了大跨越输电塔线体系的失效倒塌机制。结果表明:采用能量法对结构体系进行分析时,最后一次特征能量超过输入能量的时刻即为结构的失效时刻; 基于能量法对下击暴流作用下的输电塔线体系进行分析,可以快速准确地判断输电塔线体系整体失稳倒塌的时刻,具有较强的工程实用价值; 在倒塌时刻,主材失稳引发的薄弱区域杆件部分失效会导致输电塔的整体失稳,最终使结构失效倒塌。     

方底钢筋混凝土球扁壳基于双剪屈服准则的极限分析

利用双剪屈服准则建立了用机动法计算钢筋混凝土球扁壳的塑性屈服线理论,给出塑性屈服线求极限荷载的方法,使其更加合理。建立了矩形底的钢筋混凝土扁壳的屈服条件,并用无矩和有矩理论求解出方形底周边铰支的球扁壳的极限载荷。     

Mises屈服条件下简支环板的塑性极限荷载

在Mises屈服条件下,求解了外边简支内边自由环板和内外边均简支环板在均布荷载作用下的塑性极限荷载。Mises屈服条件是非线性的,文中采用加权残值法进行求解,得出了极限荷载下限解简洁的计算公式,并比较了Mises条件与最大极限弯矩条件的数值结果,结果是合理的。     

燃气管道弯头应力分布及塑性极限荷载分析

应用有限元分析软件ANSYS,对燃气管道钢质弯头在内压作用下状态进行有限元分析,得到弯头不同内压下的应力分布。根据模型施加的内压和最大等效塑性应变关系,得出了弯头的塑性极限荷载。     

小型双曲线冷却塔风荷载有限元分析

自然通风冷却塔是火力发电厂的重要组成部分,通常由旋转壳,人字柱,环梁及基础等部分组成。在大型电厂中冷却塔一般有140m,对于这些冷却塔国内外研究得比较多,需要做风洞试验并采用专门的设计程序如LBSD,RBSA等,而在小型火力发电厂中采用的双曲线冷却塔一般塔高60m．很少有资料涉及这部分。文章以无锡某电厂的冷却塔为例,采用通用有限元程序ANSYS分析了冷却塔在自重,风荷栽作用下的内力和变形,及其线性稳定性分析。今后工程中如有类似冷却塔。本文结果可以作为参考。     

焊接不锈钢工字形截面受弯构件整体稳定与设计方法

总结了作者在清华大学完成的一批焊接不锈钢梁在弯矩荷载作用下的整体稳定性能试验,试验以试件的长细比为主要变化参数,对8根工字形截面梁进行了研究.试验的材料是奥氏体型316冷轧板,材料应力-应变关系通过拉伸试验获得;同时采用有限元软件ANSYS建立包含初始缺陷的有限元模型,对试件的极限承载力和荷载-变形关系进行分析,并与试验结果进行了对比,以证明有限元分析的合理性和适用性,为进一步研究奠定基础.同时,还将试验结果与欧洲规范和作者的建议设计方法进行了对比.分析结果表明:通过合理建模的有限元分析结果与试验结果吻合良好,有限元分析能够合理的模拟焊接不锈钢梁的整体稳定性能,作者所建议的设计方法的计算结果与欧洲规范相近,能够应用于工程设计并保证足够安全.     

基于现场检测及有限元分析的铁塔工程安全性评估

本文探讨了铁塔钢结构工程的检测项目与检测方法,首先,通过对某铁塔工程的倾斜率、尺寸、涂层厚度、连接质量等各项参数的现场检测,并结合环境激励的方法对铁塔工程进行动力特性测试。然后,根据现场实测数据及设计图纸资料,利用ANSYS有限元软件建立铁塔结构的有限元模型并进行分析。分析结果表明:铁塔工程的有限元模型动力特性计算结果和现场实测结果相比较接近,说明所建立的有限元模型可以满足工程需要,并可以为进一步分析提供基础。最后,对该有限元模型在设计荷载作用下进行静动力响应分析,计算结果表明:铁塔结构各构件的抗力和作用效应之比均大于1.0,说明该铁塔工程在目前状况下其承载能力可以满足正常使用要求。