随机风场作用下输电塔线体系的杆件动力稳定性评估

输电塔中某根杆件发生失稳屈曲后，相邻杆件的应力重分布往往会导致更多的杆件失效，尽而可能引发输电塔的整体倒塌并影响整条输电线路的正常运行。因此，有必要对输电塔杆件的稳定性和承载力进行评估。为此，利用参数共振理论推导了输电塔杆件的动力失稳区和激发系数表达式，发现随着风速增大，输电塔杆件的动力失稳区缩小，最小激发系数增大，根据最小激励参数与动力失稳区之间的关系可以评估输电塔杆件的动力稳定性。在利用输电塔线体系完全气弹模型风洞试验数据进行验证后，进一步通过算例说明局部振动模态中变形较大的斜材比主材更容易发生参数共振而破坏失效。     

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。     

GB50545与ASCE74输电导线风荷载对比

《美国输电线路结构荷载指南》(ASCE74—2009)是世界上重要的输电线路设计规范之一。风荷载是输电塔设计的控制荷载,而输电塔总风荷载中导线风荷载占较大比例,了解GB50545与ASCE74—2009导线风荷载计算方法的区别对输电塔设计非常必要。介绍了GB50545与ASCE74—2009输电导线风荷载计算公式,并详细比较了基本风速、风压高度变化系数、体型系数、风荷载调整系数、地形影响因子、覆冰风荷载增大系数和风压不均匀系数等计算参数的差异,结果为输电工程设计提供参考。     

特高压输电塔龙卷风荷载特性的数值模拟

采用计算流体动力学（computational fluid dynamics,CFD）数值模拟方法研究了龙卷风作用下特高压输电塔的风荷载特性。通过建立龙卷风风场的CFD数值模型，验证了龙卷风风场结构的合理性。进一步建立特高压输电塔的精细化数值模型，重点分析了风场中不同位置和不同风向角下输电塔各塔段的体型系数。研究结果表明：输电塔上部第1～4塔段在距离龙卷风风场中心1.5D(D为核心半径)处所受风荷载最大，下部第5～9塔段在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大；输电塔整体在距离龙卷风风场中心1.0D处所受风荷载最大。随着与龙卷风中心距离的增大，输电塔整塔横向风载系数最不利风向角从60°增大至90°，纵向风载体型系数最不利风向角在0°～30°范围内变化。在距离风场中心1.0D和1.5D处，输电塔整塔风载体型系数模拟值要大于规范值。     

阻尼比对输电塔风荷载的影响

阻尼比是输电塔结构风振响应计算中的重要参数,直接决定风振系数乃至风荷载的取值,进而影响输电塔结构工程造价。通过比较各国荷载规范对阻尼比取值的规定,结合若干输电铁塔工程实例详细分析不同阻尼比取值对输电塔结构风荷载的影响。结果表明,相比国际上其他规范,我国建筑结构荷载规范对于阻尼比的取值较小,阻尼比的变化对高塔影响较大,对矮塔影响较小,对基底弯矩的影响比对基底剪力的影响大。     

基于高频天平测力试验的特高压输电塔等效风荷载研究

以建设中的向家坝—上海、锦屏—苏南±800 kV特高压直流输电线路工程为背景,针对输电塔风致响应复杂的特点进行高频天平测力试验。利用高频动态测力天平基本原理,考虑输电塔截面收缩的影响,给出输电塔气动模型的模态修正系数;并对输电塔等效风荷载进行研究,分别计算了输电塔的背景响应和共振响应。计算结果表明,基于高频天平测力试验的修正振型法能较好地计算输电塔结构的风振响应及等效风荷载,是对高频天平测力试验局限性的一种可靠方便的扩展。     

多种覆冰形状导线风荷载增大系数研究北大核心CSCD

根据导线风阻力的计算原理推导了覆冰导线风荷载增大系数。基于覆冰导线的气动力系数风洞试验结果,分别计算了不同覆冰厚度、不同覆冰种类的圆截面覆冰导线、新月形覆冰导线和D形覆冰导线的风荷载增大系数,给出了便于工程设计和校核使用的覆冰导线风荷载增大系数的取值用表。结果表明,3种覆冰形状导线的风荷载增大系数均受实际覆冰厚度与覆冰种类的影响,其值随覆冰厚度的增大而增大、随覆冰密度的增大而减小。理想圆截面覆冰导线的风荷载增大系数在覆冰密度较小时的部分工况大于规范取值,在覆冰密度较大时均小于规范取值。新月形和D形覆冰导线的风荷载增大系数还与对应风攻角下的阻力系数有关,两者的风荷载增大系数取值在多数风攻角下小于规范取值。     

塔腿加过渡段输电塔地震响应时程分析

以"成兰铁路阿坝松潘牵引站供电工程"500 kV的SZC4直线塔为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件建立了1个平腿、2个常规高低腿和2个加过渡段高低腿输电塔空间有限元模型,采用时程分析法对输电塔的地震时程响应进行分析。计算结果表明,塔腿加过渡段输电塔与平腿输电塔相比自振频率有所降低,且降低幅度大于常规高低腿输电塔;由于塔腿加过渡段后输电塔的对称性变差,导致单向地震下垂直于地震作用方向的位移响应变大;塔腿加过渡段铁塔在三向地震下的某些杆件内力峰值有所增大,但与杆件的设计允许内力相比,9度设防烈度下受力最大杆件的地震力也只占到设计内力的36%,荷载组合后不会超出整塔的承载能力,地震效应不起控制作用。塔腿增加过渡段后,铁塔的竖向刚度变得不均匀,横隔面成为薄弱环节,高烈度地震设防设计时应对塔腿处及塔身的横隔面进行加强处理。     

直流跨越杆塔选型与结构优化

大跨越高塔是以风荷载为控制设计的高耸结构, 风荷载引起的弯矩甚至起决定作用。角钢构件与钢管构件相比, 其最主要的是风载体型系数比钢管大, 这也是角钢塔耗钢量高的主要原因。所有规格的角钢杆件均要进行稳定强度折减验算, 而对常用规格的钢管而言几乎无需进行稳定强度折减验算。钢管材料各向同性, 不存在强轴、弱轴之说, 加之钢管的回转半径、截面刚度比角钢大, 稳定性能大大优于角钢。并且跨越塔钢管方案总体价格比角钢方案低。因此, 在三沪直流大跨越工程中, 选择了钢管塔结构, 塔身腹杆采用刚性腹杆, 在塔头与塔身连接处设置水平横隔面。     

六边形输电塔体型系数与风荷载计算

六边形塔结构型式较少应用于输电塔,其体型系数仍按照四边形塔体型系数进行取值是否合理有待研究。为此,对2种不同填充率六边形角钢塔架进行了刚体测力风洞试验,研究了0°~120°风向角范围内塔架体型系数μ_sθ随风向角的变化规律,分析了六边形塔与四边形塔体型系数差异对塔身风荷载计算的影响。研究表明,风轴下六边形塔体型系数以60°为一个周期,体型系数最大值出现在10°和45°风向角下。在准确测定六边形塔体型系数的前提下,传统的四边形塔身风荷载计算方法仍然适用于六边形塔身风荷载计算。但在0°~15°风向角范围内,按照规范提供的体型系数计算六边形塔身风荷载偏于危险。     

中国与美国输电塔风荷载技术标准比较与分析

ASCE74—2009《美国输电线路结构荷载指南》已被许多国家采用和借鉴,了解其内容对我国的电力建设以及参与涉外工程具有重要意义。风荷载是输电塔设计的控制荷载,掌握我国规范与ASCE74—2009风荷载计算方法的区别对输电塔的设计非常必要。介绍了我国规范与ASCE74—2009的输电塔风荷载计算公式,比较了基本风速、风压高度变化系数、体型系数、风荷载调整系数、地形影响因子、覆冰风荷载增大系数和斜向风荷载计算方法等参数的计算差异,为输电工程技术人员提供参考。     

窄基输电铁塔风振系数取值探讨

为研究高度与根开之比大于6的窄基角钢塔风振系数的计算方法,以昆北换流站接地极线路工程鸡街极址附近一直线塔为研究对象.基于谐波叠加法模拟风荷载时程,在ANSYS中建立输电塔有限元模型,进行输电塔风振响应时程分析,由加速度响应计算风振系数.经分析可得出结论:DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》的取值不适用于该铁塔.     

500kV四回路输电塔气弹模型风洞试验研究

针对标高82.7 m的500 kV四回路常规直线塔风荷载设计是关键的问题,提出采用离散刚度法制作输电塔气动弹性模型,为此,对不同风速下的风洞试验及其直线塔风致响应特性进行了试验和研究。研究结果表明:输电塔的加速度响应和动位移响应随风速、高度增大呈单调增大趋势;横风向加速度响应和顺风向加速度响应比较接近,可见输电塔在风荷载作用下,横向风振效应不能忽略,这对复核设计风荷载取值非常重要。     

拉线门型塔中大风工况下拉线预应力变化影响结果的研究

针对拉线式输电塔在风荷载作用下拉线初应力影响其结构受力性能的问题,阐述了使用结构分析软件建立拉线式门型输电塔结构非线性有限元模型的过程,通过工程实例分析了在最不利攻角下对不同拉线初应力下的塔身结构受力情况,得出了拉线初应力变化对拉线塔支座反力、塔身杆件节点位移、杆件轴向应力影响的规律,为拉线塔设计和施工提供了理论依据.     

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...     

1000kV特高压山区单回路输电塔风振特性研究

1000kV特高压单回路输电塔属于风敏感结构,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之一。以某1000kV单回路塔为研究背景,获得了结构的自振动力特性。基于随机振动理论推导了铁塔的风振系数计算公式,研究了垂直线路方向和顺线路方向的振型模态,同时分析了结构各层的风振系数分布特点,并与设计规范进行对比,得出特高压单回路输电塔风振系数计算的经验公式。通过研究,揭示了1000kV特高压单回路塔的风致振动特性,结果可作为特高压铁塔结构抗风设计的参考。     

1000 kV特高压山区单回路输电塔风振特性研究

1 000 kV特高压单回路输电塔属于风敏感结构,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之一.以某1 000kV单回路塔为研究背景,获得了结构的自振动力特性.基于随机振动理论推导了铁塔的风振系数计算公式,研究了垂直线路方向和顺线路方向的振型模态,同时分析了结构各层的风振系数分布特点,并与设计规范进行对比,得出特高压单回路输电塔风振系数计算的经验公式.通过研究,揭示了1 000kV特高压单回路塔的风致振动特性,结果可作为特高压铁塔结构抗风设计的参考.     

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。     

等边单角钢构件受弯横向屈曲问题的探讨

针对等边单角钢的受弯横向屈曲承载力与临界杆长的相关性展开参数化分析,引入横向屈曲影响系数η,得出等边角钢受弯承载力的设计计算建议,重点考察了角钢规格、角钢材质、荷载大小等因素的影响。计算分析表明:角钢规格越大、集中荷载越小、钢材屈服强度越高时,等边角钢受弯横向屈曲对临界杆长的影响越为显著。最后,对输电线路设计中考虑人重荷载杆件的受弯验算,给出了相关的设计建议,供实际工程参考。