考虑脉动风荷载作用的大跨越输电塔线体系风致响应分析

为了掌握脉动风荷载作用下大跨越输电线路风致响应特性,以某500 kV三跨耐张段大跨越输电线路为研究对象,建立了输电塔线体系空间有限元模型,采用谐波叠加方法模拟输电塔线体系脉动风荷载时程,叠加静风荷载作用,研究了风荷载作用下单塔及塔线体系的模态动力特性,分析了不同风向角风荷载作用下塔线体系风振响应时域特性,并与单塔风致响应进行比较,获得了最不利风向角度,探索了不同风速作用下单塔及塔线体系最大位移和应力变化规律。结果表明,与单塔相比,塔线耦合体系具有较强的柔性,其模态的低阶振型主要表现为导线的振型;输电塔和输电线风振响应均以一阶振型为主;塔线耦合效应对塔线体系风振响应的影响较大,不同风向角风荷载作用下塔线体系风振响应均大于单塔,塔顶位移增大明显;塔线体系的最不利风向为垂直于导线布置方向;输电线路设计时建议考虑塔线耦合效应的影响。     

基于应变监测数据的输电杆塔疲劳寿命预测

环境荷载对输电塔结构杆件的损伤和疲劳寿命具有显著影响,然而目前针对输电塔杆件进行实时应力监测并据此进行数据分析、性能评价和剩余寿命预测的研究较少。为此,对自然环境下某输电塔的关键杆件进行长期的应变监测,对其应变数据进行演变分析。基于雨流计数法和连续损伤动力学的疲劳损伤模型理论,提出输电塔杆件疲劳寿命计算方法。考虑输电塔不同部位的受力状态和重要程度,确定输电塔不同部位杆件寿命计算的权重系数,进而建立输电塔整体剩余寿命的计算模型,结合实测数据计算该输电塔典型部位杆件和整体结构的剩余寿命。研究表明:输电塔结构整体疲劳寿命满足工程需求;塔腿部位主材和1/3高度处主材的疲劳寿命相对较短,在健康监测以及疲劳破坏分析研究中需要重点关注。     

500 kV输电线路基础沉降铁塔的可靠度分析

以存在地质隐患的500 kV张恩输电塔线体系为研究对象,以基础沉降及随机风荷载为影响因子,基于矩方法计算塔线体系的可靠度。采用梁单元及悬链线索单元对输电塔、导线和绝缘子进行模拟,建立塔线耦合体系的三维有限元模型,基于等效随机静风荷载模型,利用统计矩点估计法求解前4阶统计矩,计算塔线体系的可靠度。其结果表明基础沉降对杆塔可靠度影响较大,特别是在考虑随机风荷载作为不利荷载组合时,其可靠度降低,表现为轴压失效和偏压失效,与耐张塔的构件失效模式一致,说明可靠度分析方法的可行性。结合输电线路的变形监测,深入研究地质灾害伴随的荷载随机性及变异性导致杆塔受力的不确定性,以更准确描述输电线路结构体系的可靠性和安全性。     

输电塔体系风雨激励的动力分析模型

考虑输电塔结构体型特征、平均风剖面变化、功率谱能量特性与相干性等影响因素，通过谐波叠加法，对输电塔结构进行了脉动风速模拟，并以Kaimal谱为谱模型生成脉动风，通过数值计算验证了脉动风模拟方法的有效性。结合脉动风速模拟提出一种雨激励的模拟方法，计算出在一定风速情况下雨的冲击力。建立了输电塔的精细化有限元分析模型，研究了在风单独作用与风雨共同作用下的输电塔体系的动力响应，探讨了雨荷载对输电塔体系动力响应的影响。研究结果表明，雨荷载激励对输电塔的影响不能忽略。     

干字型输电塔线体系风致响应研究

研究了干字型输电塔线体系的风致响应问题。首先基于杆系有限元理论建立了输电塔线体系的三维有限元模型,该模型考虑了输电塔和输电导线的动力耦合效应。基于随机振动理论模拟了输电塔线体系的多维脉动风荷载,并形成总风荷载时程。分析了输电塔线体系在强风作用下的风致响应,为输电杆塔的抗风防灾提供参考。     

海岛输电塔线体系风振响应及易损性分析

以温州洞头海岛3572线新建的单回路猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象,对输电塔的抗风性能评估展开研究。首先,采用ANSYS软件建立输电塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展单塔和塔线体系的动力特性理论分析。随后根据台风风谱,采用谐波叠加法,生成具有台风特性的脉动风速时程。对塔线体系进行风振响应分析,了解塔线体系在设计风速作用下的塔身响应。最后考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本;通过谐波叠加法模拟生成80组具有台风特性的脉动风速时程。将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行80组塔线体系的风振响应分析。对风振响应结果进行回归分析,得到考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性分析,确定输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到0°（顺线路）、90°（横线路）风向角工况下轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。研究表明,55 m/s极值风速作用下,横线路...     

基于实际风速的输电塔疲劳寿命预测

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,选取某750 kV输电线路的7A5-ZB1型直线塔作为研究依据,研究了沿线的风速的分布,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预测的计算方法,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ZB1直线塔在设计基准期内不会出现疲劳破坏,但对一些关键位置输电塔的关键杆件,需要有针对性地防范与加固。     

1000kV特高压输电塔线体系风荷载传递机制风洞试验研究

为研究输电塔线体系的风荷载传递机制,以皖电东送淮南—上海输变电工程1000kV特高压送电线路中的直线钢管塔为设计原型,在同济大学TJ-3风洞试验室进行了输电塔–八分裂导线五塔四线耦联体系完全气弹模型风洞试验,测得了体系的加速度和位移响应。采用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感器,测得了塔身主材、导线及绝缘子在风荷载作用下的动应变。通过对不同风攻角、流场及风速工况下塔线体系动力响应数据的统计与分析,总结出了导线、绝缘子和输电塔风致振动规律;通过功率谱密度分析,揭示了输电塔线耦联体系的风荷载传递机制。研究结果表明,塔线体系风致振动呈现强非线性耦合作用,导线及绝缘子的振动对输电塔具有重要影响,随着风速的增加,导线高阶振型对能量的贡献增大。     

输电线路风荷载耦联机制的气弹性风洞试验研究

强风作用下输电线路的风致破坏时有发生.塔–线耦联体系的风振响应已成为输电线路风致灾变研究的关键问题.该文通过输电塔–线体系完全气弹模型风洞试验,开展了输电线路风荷载耦联机制的研究,从响应的统计特性、功率谱分布以及风振系数等方面出发,对比分析了单塔及塔–线体系在不同风向角和风速下的风振响应的变化规律.试验结果表明:塔–线...     

强风作用下输电塔风致倒塔机理和抗风加固方法探讨

输电塔线体系是一种风敏感结构体系,在强风作用下的输电塔的破坏事故时有发生.通过调研输电塔线体系在强风作用下的倒塔情况,分析了输电塔线体系的抗风薄弱部位和倒塔机理.采用规范方法进一步分析了输电塔倒塔原因.对输电塔的薄弱部位进行了加固处理.研究表明,通过在输电塔的薄弱部位进行加固处理后,其抗风能力得到了显著增加.     

1000kV特高压交流同塔双回输电塔线耦联体系风洞试验

以在建中的特高压输变电工程为背景,针对1000kV同塔双回输电线路铁塔和8分裂导线的设计要求,进行了气弹模型的风洞试验。按照气弹模型相似理论严格模拟了输电塔、8分裂导线的气动外形和动力特性,制作了五塔四线模型并模拟了体系的边界条件,研究了单塔和塔线体系在均匀流场和紊流场的风致响应。通过对试验结果的分析,获得了塔线体系的动力特性和风振响应,并首次通过光纤光栅技术测得了气弹模型输电塔结构、8分裂导线和绝缘子的动应变。试验结果探究了导线和绝缘子在风荷载作用下对特高压输电塔结构的影响,并为现行的输电线路设计规程和特高压输电塔的设计提供了参考。     

高压输电塔-线体系风致动力响应分析与优化控制

建立了输电塔-线耦联体系的空间模型,利用Davenport谱模拟了目标场地风场,采用线性弹簧模型与Maxwell模型相结合模拟调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),采用考虑导线几何刚度时变性的非线性直接积分方法对有无TMD的单塔、塔-线体系风致响应时程分析,进行TMD调频参数优化控制计算,并比较了单塔与塔-线体系时程反应。分析结果表明,对单塔和塔-线体系优化控制,均可根据单塔模态分析得到的频率计算TMD优化参数;由于背景反应的增加,使得塔-线体系总反应比单塔有较大幅度增长。     

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数北大核心CSCD

以2020年"黑格比"台风中倒塔的海岛大跨越塔线体系为研究对象,分析了"黑格比"台风对洞头海岛电网的影响,采用Ansys建立了裸塔及塔线体系的有限元模型,分析了裸塔和塔线体系的动力特性。其次,结合现有规范开展了输电塔线体系风荷载静力加载及脉动风速时程拟合方法研究,分别开展了0°、90°等风向角下静力分析和动力时程分析,得到了裸塔、塔线体系中输电塔位移、主材应力静载响应和风振响应,不仅对比分析了裸塔、塔线体系输电塔的风荷载静载效应与考虑脉动风的风振响应,还对比了不同风向角对输电塔风载效应的影响。此外,还采用频域分析方法开展了输电塔风载效应的功率谱分析,进一步揭示了脉动风的荷载效应及导地线的耦合效应。最后,基于输电塔位移响应开展了裸塔、塔线体系输电塔的位移风振系数分析。研究及其相关结论对今后开展输电塔抗风设计、加固具有重要的参考价值。     

输电线路杆塔构件可靠度校准

为确定跨越高速铁路输电线路的可靠度水平,分析计算杆塔构件荷载、抗力的统计参数,对按现行规范设计的输电线路杆塔构件的可靠度进行了校准。分析表明,在永久荷载与风荷载组合下,构件轴心受力强度的可靠指标平均约为3.10,构件轴心受压稳定的可靠指标平均约为2.99;在永久荷载与风荷载和覆冰荷载的组合下,构件轴心受力强度的可靠指标平均约为3.35,构件轴心受压稳定的可靠指标平均约为3.20。永久荷载与风荷载组合时我国输电线路杆塔杆件的可靠度水平比建筑钢结构的可靠度略低;永久荷载与风荷载组合及永久荷载、风荷载与覆冰组合时,我国输电线路杆塔杆件的可靠度水平与美国杆塔构件的可靠度水平相近,比加拿大杆塔构件的高。     

1000kV苏通大跨越输电塔线体系气弹模型的风洞试验研究

拟建的苏通大跨越输电线路是目前为止塔身最高、跨度最长的塔线体系,主要受风荷载控制。气弹模型的风洞试验是深入研究各种风致耦合振动现象的有效手段。由于风洞条件和模型材料的限制,模型设计需要放松输电塔的Froude数相似准则,采用Davenport提出的线模型等效设计方法。但这会引起塔线体系响应不匹配以及气动阻尼和质量不符合相似比等问题。通过增大输电线模型的刚度矩阵,不改变输电线模型垂度,推导输电线模型的精确气动力相似比等手段设计塔线体系气弹模型。将其放置于标定好的风场中,通过有限元分析梯度风对其的影响,测试单塔和塔线体系的风致响应,揭示位移、频率以及阻尼等塔线耦合的机理。试验结果表明:30o风向角时输电塔的位移响应最大;塔线耦合改变了输电塔的动力特性和风致响应分量;试验风速下的输电塔和导线均没有动力失稳。     

考虑SSI效应的输电铁塔抗风稳定性优化分析

输电铁塔地基由混凝土浇筑而成,并非刚性,因此考虑弹性地基对输电铁塔风振响应的影响,采用线性滤波法模拟脉动风,通过Midas有限元软件分析500kV输电线路工程典型设计中的酒杯塔(5B-ZM2)在静力风载荷激励下的非线性稳定性及动力风荷载激励下的瞬时状态变化,并依据规定位移准则及位移相等准则,判定输电铁塔的动态失稳。结果表明,考虑土-结构相互作用(SSI效应),输电铁塔自振周期增大,脉动风对输电铁塔线体系稳定性影响更加显著,抗风性能降低25%。     

500kV长江大跨越输电塔风振系数研究

大风是大跨越输电塔设计的控制工况,而风振系数是跨越塔风荷载计算的重要参数。该文以在建的世界最高输电塔为研究对象,建立385m高、500kV大跨越输电塔的单塔和塔线耦合模型,通过模态分析计算单塔和塔线体系的动力特性。按照结构随机振动理论,推导了种典型风速谱下跨越塔共振响应分量的数学表达式,采用频域方法分析了风速谱类型、结构阻尼比、峰值因子、湍流积分尺度和脉动折减系数对跨越塔风振系数的影响规律。以Davenport风谱为目标谱,通过非线性时程分析计算跨越塔单塔和塔线体系的风振响应,基于有限元计算结果确定跨越塔各风压分段的风振系数和风振系数整塔加权值。将按照频域方法和时域方法得到的风振系数计算值与现行规范值进行对比分析,提出跨越塔风振系数计算方法和取值建议。     

500kV架空输电线路风偏数值模拟研究

采用数值模拟方法来研究500kV超高压输电线路在随机风荷载作用下的风偏问题.具体步骤是:采用考虑随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport相干函数,并结合谐波合成法数值模拟线路风场;在ANSYS有限元软件中建立不同档距的输电塔线体系的有限元模型,用ANSYS有限元软件分别对模型进行时程分析,分析结果显示档距对悬...     

1000kV特高压交流输电8分裂导线动张力风洞试验分析

导线在风荷载作用下的动张力变化对输电塔线耦联体系抗风设计非常重要。为此,以在建1000kV特高压输电线路工程为背景进行风洞试验。设计制作了双回路8分裂导线的完全气弹模型,首次采用光纤布拉格光栅对分裂导线在风作用下的动应变进行了测试。试验得到了不同风攻角、流场和风速情况下不同位置导线的动应变,得出了导线动张力的传递规律和导线动力响应的主要特性。分析了导线不同位置动应变响应的分布规律和功率谱变化,证实了风作用下塔线耦联体系中导线和塔之间能量传递规律。研究结果表明输电塔抗风设计中应该考虑动张力对塔线耦联体系作用的影响。     

新旧荷载规范对输电塔风振的影响

为分析新荷载规范关于风荷载方面的修订对输电塔结构风振的影响,采用线性滤波法并考虑空间相关性对某一特高压输电塔的风速时程进行数值模拟.采用有限元法分析输电塔的动力特性,对比了由于新荷载规范湍流度的提高对输电塔结构位移响应和加速度响应的影响.根据模拟结果按定义式计算结构的风振系数,并同新旧荷载规范中的风振系数计算表达式计算的结果进行对比.结果表明,由于新荷载规范对10 m高度名义湍流度和峰值因子有较大提高,而钢结构的阻尼比不变,在新规范规定下结构的风振响应增大20％左右,而风振系数在各高度处均有不同程度的提高.