基于气弹模型风洞试验的输电塔—线体系风致响应分析

为分析输电塔—线体系的风效应,设计并制作了输电塔—线体系完全气弹模型,通过风洞试验测试了不同风速和风向角下单塔沿高位移响应、导线线端张力作用下的绝缘子动应变,导线1/4、1/2和3/4跨位移响应以及挂线后输电塔沿高位移响应。结果表明,输电塔挂线与不挂线位移响应随风速递增,且塔顶位移变化显著;强风作用下导线发生明显的风偏振动;挂线后输电塔线体系振动呈非线性耦合特性。重现了输电塔在极限风荷载作用下的风毁现象,与实际破坏模式相符。可见通过对输电塔进行局部优化,可在增加少量构件的情况下,使倒塔极限风荷载得以显著提高。     

山区长短腿输电塔的动力失稳分析

针对山区长短腿输电塔在静风和脉动风作用下动力失稳问题,为寻求输电塔失稳极限风速和破坏发生路径,研究了山地丘陵B类地貌常用5B ZBC4型长短腿输电塔在风载作用下的动力特性,采用B-R准则和动态增量法（IDA）并结合位移等值准则,考虑了不同的风载作用,模拟了山区脉动风载对输电塔进行非线性屈曲分析和时程分析。结果表明,输电塔靠近山顶侧发生受压破坏、山谷侧为受拉破坏,且从塔腿开始逐渐发展到塔身,最终导致倒塔事故;现行山地丘陵输电塔的抗风设计规范将风等效为静力荷载的方法偏于不安全。     

输电塔线在覆冰与风载下的可靠性分析

以湖南省郴州地区输电线路为例,构建了输电塔线体系精细化有限元模型,基于2008年南方覆冰实测资料,考虑输电塔角钢尺寸的不确定性、角钢材料性能随时间的老化及输电塔本身所受覆冰荷载和风荷载的随机性,采用蒙特卡罗法分析计算了4种工况下的可靠性.结果表明,随覆冰厚度的增加,输电塔的失效概率迅速增大,覆冰和风荷载共同作用是输电塔...     

玻璃钢输电塔中稳定构件布置形式的研究

以通用设计中的110 kV输电塔为计算模型,研究了将玻璃钢材料应用于输电塔上能满足结构稳定性的构件布置形式,采用特征值屈曲分析对风荷载作用下不同塔腿和塔身形式的输电塔进行了有限元计算。结果表明,主材用角钢、其他构件用玻璃钢的输电塔结构和改变塔腿形式或再进一步将塔身下半部改为具有水平材的双腹杆形式均能满足结构稳定性要求。     

防屈曲耗能支撑对大跨越输电塔风振控制研究

针对大跨越输电塔在风荷载作用下振动响应显著时有倒塔事故发生,以海门电厂至汕头500 kV输出线路大跨越干字型输电塔工程为例,提出了新型双套管防屈曲耗能支撑(BRB)在输电塔线体系中的应用,并数值模拟了空间相关的风速场.实例结果表明,防屈曲耗能支撑的风振控制效果显著,并可优选最佳方案.     

大跨越输电塔—线体系脱冰振动模型试验

输电线路脱冰振动响应给电网的正常运行带来重大的安全隐患。为精确分析大跨越输电塔—线体系中导地线脱冰对铁塔造成的动力冲击响应,以晋东南—南阳—荆门1 000 kV特高压输变电工程中的黄河大跨越段为原型,对覆冰条件下五塔四档线塔—线体系模型的脱冰冲击响应进行了模拟试验,通过对比分析塔—线体系在不同脱冰工况下杆塔的动力响应,获得输电杆塔的最不利脱冰工况,找出了输电塔在脱冰冲击作用下的最不利位置。利用ANSYS软件建立与试验模型相应的输电塔线体系模型,采用完全法瞬时动力分析模拟导、地线脱冰,提取各个测点应变,所得结果与试验结果吻合。     

风振响应下塔-线体系的动力特性分析

为研究输电塔结构在风振响应下的影响,利用Kaimal风速谱通过谐波叠加法进行脉动风模拟,对3种不同风速下输电塔及塔-线体系进行动力特性分析。研究表明,单塔和塔-线体系的动力响应均随风速和高度的增加而愈加强烈,且X向大于Y向,考虑导线的体系较普通单塔的响应大,表现出导线和杆塔具有耦合性,使得塔-线体系的动力响应明显增强,所以在结构设计中应对导线予以考虑。     

橡胶铅芯阻尼器控制下输电塔风振系数研究

以向家坝-上海、锦屏-苏南±800 kV特高压直流输电线路工程为例,介绍了橡胶铅芯阻尼器在一般线路输电塔风振控制中的应用.通过三维有限元仿真和风荷载的数值模拟,对单塔、输电塔-线体系在阻尼器控制前后的风振响应进行了时程分析.统计得到了输电塔结构的风荷载调整系数取值,并与多种现行规范的取值进行比较.结果表明,输电塔在横担位置风荷载调整系数存在突变现象,现行规范无法考虑这一影响,在设计时应引起重视;导(地)线使输电塔体系的质量、刚度和阻尼有所增加,从而产生了对塔架振动的抑制作用,因此在风振设计中应考虑塔线耦合的影响;输电塔-线体系采用橡胶铅芯阻尼器后风荷载调整系数得到有效减少且减少率沿塔高逐渐增大.     

基于ANSYS的钢管混凝土输电塔抗风性能分析

基于ANSYS结构分析软件,计算了钢管混凝土构件的复合材料力学参数并对构件赋值,采用梁单元和杆单元相结合的方法对大跨越输电塔建模,并通过模态和风速时程分析了钢管混凝土构件在大跨越输电塔抗风性能方面的合理性。结果表明,大跨越输电塔中混凝土的灌注显著增加了钢管塔的刚度,输电塔在风荷载作用下的塔顶位移明显降低,有利于提高输电塔整体抗风能力,具有一定的推广价值。     

考虑RNA运行作用的近海风电结构TMD振动控制研究

为探究风轮-机舱组件（RNA）运行作用对近海风电结构调谐质量阻尼器（TMD）振动控制的影响，以NREL 5 MW单桩风电塔为对象，基于风-浪-流-RNA运行耦合的近海风电结构分析模型，通过定点理论对风电塔架一阶频率设计TMD参数。结合RNA控制策略下风电机组的时变振动特性，分别研究TMD对近海风电结构塔顶前后向及侧向动力响应的控制机理。结果表明：由于前后向与侧向动力条件的不同，TMD无法有效控制塔顶前后向振动，但可显著抑制塔顶侧向振动响应。     

极限环境载荷诱导风力机结构振动影响分析

风力机桩基、塔架及连接部件构成的支撑结构属顶部承担较大质量的力学结构,地震对其造成的影响远大于常规建筑.针对上述问题,基于NREL开发计算平台,联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic,对变风载荷、变地震载荷(波形、强度)下的风力机动力学响应进行研究.发现:地震横波对风力机结构响应造成剧烈影响,纵波...     

保底线路抗台风加固技术研究

探究了保底输电线路的抗风加固技术。基于台风彩虹数据，采用有限元方法开展输电杆塔内力分析计算，研究了强台风作用下输电杆塔的损伤特点，且进一步开展了输电杆塔抗台风加固技术研究，提出了主材、斜材和基础的加固方法，为输电杆塔的抗风防灾提供了参考。     

中国输电线路规范的风荷载计算比较

  [目的]  在台风袭击下,一些20世纪80、90年代建设的110 kV和220 kV输电线路经常出现铁塔损坏的现象,为了加固和改造事故线路,需要分析铁塔损坏的原因。  [方法]  介绍了中国1979、1990、2002和2012四个版本规定的输电线路风荷载计算方法,比较了设计风速、风压高度变化系数、体型系数、风荷载调整系数和覆冰风荷载增大系数等主要计算参数的差异,计算了某铁塔节段和导线在四个版本规定中的风荷载。  [结果]  计算结果表明:12规定的设计风速相比79、90和02规定增大5%～10%;79规程中60 m以下铁塔不考虑风振系数的规定严重低估了塔身风荷载;四本规定中110 kV和220 kV输电线路不采用导地线风荷载调整系数的规定严重低估了导地线风荷载。  [结论]  各规定的铁塔和线条风荷载差异的主要影响因素是风速重现期、铁塔或导地线风荷载调整系数,这也是风灾倒塔的主要原因。     

主余震序列作用下近海风力机动力特性研究

为研究主余震序列作用下近海单桩式风力机动力响应特性,以DTU 10 MW风力机为研究对象,构建地震-湍流风-波浪多物理场计算模型,并通过重复法及衰减法构造主余震序列,研究主余震序列对风力机动力特性的影响。结果表明：当地震正向冲击时,环境载荷主要影响塔顶前后向振动,地震载荷为塔顶侧向振动的决定载荷,可在一定程度上缓解环境载荷所造成的塔顶振动。主余震序列作用时相较仅主震或余震序列作用,风力机塔顶振动明显增强,塔架最大等效应力变大,应变能集聚现象更为明显。余震较强时,风力机余震阶段塔顶振动、最大等效应力及应变能集聚现象强于主震阶段。     

基于TMD的风力机塔筒振动控制研究

针对风力机塔筒在风振效应下振动过大的问题,该文基于调谐质量阻尼器(TMD)开展对风力机塔筒的减振控制研究。以某大型2 MW风力机塔筒为研究对象,基于ANSYS建立柔性的风力机塔筒有限元模型,并基于Kaimal谱和模态脉动曳力功率谱模拟得到脉动风速时程和风载时程曲线。为取得较好的TMD减振控制效果,根据Den Hartog法得到TMD的最优频率比和阻尼比。为分析TMD对塔筒结构强度的影响及其TMD的振动控制效果,对风力机塔筒进行静力学和风载作用下的动力响应仿真分析。研究结果表明:TMD对塔筒的静强度影响较小,相比于将TMD放置于塔筒内部,将TMD放置于塔顶机舱内能更有效地减小塔筒在风振效应下的位移峰值、标准偏差以及瞬态应力峰值,其抑制率分别达到63.51%、63.38%和59.74%。     

特高压双回输电塔线体系风振响应研究

为研究1 000 kV特高压双回输电塔的风振系数取值问题,利用谐波合成法并考虑随高度变化的Kaimal风速谱数值模拟线路风场,在ANSYS中建立输电塔线体系的有限元模型,进而结合随机振动理论对输电塔线体系进行动力时程响应分析,计算了输电塔的风振系数,并与《建筑结构荷载规范》中的风振系数进行综合对比分析,为该类输电塔的抗风设计提供了合理化建议。     

大型风力机地震动力响应研究

为研究地震载荷与风载荷联合作用下的大型风力机结构动力学响应,本文研究分别以Wind PACT 1.5 MW和NREL 5 MW风力机为研究对象,采用EI Centro 6.9级地震为输入激励,通过改进版的开源软件FAST(风电载荷仿真软件)计算风力机在正常运行、紧急停机和一直停机3种运行方式下的塔顶振动和塔架结构荷载情况,结果表明:地震载荷极大加剧了塔顶振动,机舱加速度峰值增大2倍以上。紧急停机操作可减小塔尖位移,一定程度上可以保护风力机结构安全。地震载荷主要增大了塔架一阶固有频率及其二倍频的振动。6.9级地震与额定风载荷联合作用下,NREL 5MW风力机塔基弯矩设计需求为159 MN·m,略大于极限风载荷作用。说明地震常发地区,塔架结构强度设计必须考虑地震载荷作用。     

不同海况下近海超大型风力机动力学响应及结构损伤分析

以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,通过p-y曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合模型,选取Kaimal风谱模型建立湍流风场,基于P-M谱定义不同频率波浪分布,并利用辐射/绕射理论计算波浪载荷,采用有限元方法对不同海况下单桩式风力机进行动力学响应、疲劳及屈曲分析。结果表明：不同海况波浪载荷作用下塔顶位移响应及等效应力峰值远小于风及风浪联合作用,其中风浪联合作用下风力机塔顶位移响应及等效应力略小于风载荷;波浪载荷对风载荷引起的单桩式风力机动力学响应具有一定抑制作用,此外相较于波浪载荷,风载荷为控制载荷;风载荷与风浪联合作用下风力机等效应力峰值位于塔顶与机舱连接处,波浪载荷风力机等效应力峰值位于支撑结构与桩基连接处;仅以风载荷预估风力机塔架疲劳寿命将导致预估不足;随着波浪载荷的增大,风力机失稳风险加大,波浪载荷不可忽略;不同海况下,风浪联合作用局部屈曲区域位于塔架中下端,在风力机抗风浪设计时,应重点关注此处;变桨效应可大幅降低风力机动力学响应、疲劳损伤及发生屈曲的风险。     

风荷载作用下螺孔间隙对输电塔变形的影响

为探讨输电塔中螺孔间隙对结构变形的影响程度,以ZMP2-60直线猫头塔为例,采用有限元分析软件ANSYS建立了不考虑和考虑螺孔间隙的输电塔模型,通过分析输电塔在风荷载作用下的位移发现,0°风向时螺孔间隙对ZMP2-60输电塔的变形影响最大。