强风荷载作用下500 kV输电塔线体系动力分析

高压输电线路在强风荷载用下出现倒塔的情况时有发生,静力风荷载的设计方法已表现出一定的局限性。通过利用Davenport风速功率谱模拟形成输电塔不同高度处风荷载时程,并施加相应位置,得出输电塔最大位移时程曲线、输电塔最大应力单元曲线、导线弧垂最低点位移时程曲线和导线最大应力时程曲线;结果表明:动力响应情况下的上述指标均大于静力风荷载下的相应指标。导线轴向拉力时程曲线存在一定的不同步位移情况,增加了输电塔的不平衡受力情况,使得输电塔线体系受力更加复杂。     

输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究

根据输电塔线体系在风(雨)激励下破坏的实际状况,建立了"三塔两跨"有限元分析模型,其中,输电塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元;提出雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于输电塔线体系的荷载组合原则;分析输电塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系;采用数值模拟方法,建立设计与灾害荷载的不同工况组合,分别在时域和频域内对输电塔的动力响应规律进行分析;采用结构主要组件(如主立柱杆件和输电线)强度分析的方法,分析结构强度的变化和灾害发生的可能性原因。研究表明:输电塔线体系的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响;降雨对输电塔线体系的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征;结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用,结构局部动态受压失稳造成的。     

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。     

双回路直线型圆管角钢组合输电塔架风振分析

双回路直线型圆管角钢组合型输电塔具有钢管塔的优点,但国内外针对此类输电塔风振响应研究尚少.基于MATLAB软件,采用AR法对风荷载进行模拟,得出该型输电塔在脉动风作用下的风振响应.研究表明:通常的静力设计方法可能导致输电塔基础承载力的不足;在设计时,应充分考虑变坡度位置的刚度.     

考虑行波效应的输电塔线耦联体系地震响应分析

针对地震作用中输电塔线动力响应分析存在的问题,利用ANSYS有限元软件进行地震波模拟分析。考虑地震行波效应和塔线相互影响,对三塔两线塔线耦联体系进行在典型地震的多点激励下的分析,发现该体系的位移、加速度峰值都比一致激励下的大,且该响应沿着塔高方向越发明显。因此,在进行输电塔线耦联体系抗震设计时,应给予足够重视。     

风雨荷载作用下输电塔动力响应分析

研究输电塔在风雨荷载共同作用下的动力响应,提出了改进的雨荷载计算方法。针对雨滴在风作用下的受力情况,计算出雨滴作用到输电塔构件上的夹角,得出改进的雨压强计算公式和时程曲线,利用ANSYS软件将风雨荷载加载到有限元模型上进行动力响应分析,得出输电塔顶端的顺风向最大位移。研究表明,改进的雨荷载压强公式是简单可行的,输电塔顶端的顺风向最大位移的变化趋势显著。     

某羊角型输电塔的风振响应分析

本文首先简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR模型)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。本文以某羊角形输电塔为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立了有限元模型,并用MATLAB生成塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的基本模态为平面振动,但是同时具有扭转模态和局部振动模态;对此输电塔结构进行了平均风作用下的静力分析,同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在一般风荷载作用下的风振响应。结果表明,在考虑一般风荷载作用的情况下,输电塔在顶部出现最大的位移和加速度响应,而在底部出现最大的轴力响应,但由于本文输电塔结构杆件的变截面设计,最大的应力出现在约1/3高处的杆件上。相对于平均风的作用,结构响应在一般风荷载下呈现出明显的动力放大效应。     

不均匀沉降条件下输电塔线体系安全性能研究

为准确获知采空区不均匀沉降条件下输电塔线体系的安全性,构建了单塔模型和输电塔线体系的三塔四线模型,基于数值模拟分析方法,研究支座不同位移工况下输电塔或塔线体系的杆件应力、塔体变形、电缆线及相互影响等。分析结果表明单支座沉降会使塔腿应力显著变化,双支座沉降会使得塔体产生明显的倾斜趋势并致使拉紧侧电缆线应力增大。结论指出,在进行采空区输电塔线体系设计,应考虑双支座沉降对电缆线及邻塔的影响。     

输电塔风致响应数值模拟研究进展

输电塔是输电线路中重要的承重设施,其结构安全性直接关系到国家电网和输电线路的正常运行。目前针对输电塔风致响应主要通过现场实测、风洞试验和数值模拟等方法进行研究。随着计算机技术和数值方法的发展,对输电塔风致响应特征进行数值模拟分析开始被广泛应用并取得了大量研究成果。相关的数值模拟研究先通过建立对应的风荷载模型和结构模型,然后以有限元方法分析结构动力响应特征和研究对应的风振控制方法,因此从风荷载模型、结构模型、动力响应特征和风振控制研究等方面总结输电塔风致响应数值模拟研究进展。近地面风场的平均风和脉动风模型是构建结构风荷载的基础。针对平均风主要采用指数型和对数型风速剖面模型,而脉动风则主要根据相关的脉动风谱进行模拟。在不同极端气象条件下,风场表现出不同于良态风的风场特征,对应的平均风和脉动风模型需要进一步根据实际情况研究。构建输电塔风荷载还需要结合相关的结构参数,其中塔体结构整体挡风效应以及塔体构件之间的遮挡效应可通过流场模拟进行分析研究。对输电塔塔体结构建立有限元模型时,通常可将之视为刚架结构和桁梁混合结构,而利用桁架结构进行模拟的误差较大。输电塔所承受的荷载除了风荷载等外部环境荷载外,还应考虑输电线对塔体结构作用带来的影响,因此需建立塔线耦合体系对实际输电线路中塔体结构特征进行模拟。在构建塔线体系有限元模型过程中,可结合悬链线理论和导线水平张力对导线进行建模和找形。基于风荷载模型和结构模型可进行塔体风致响应分析,结构动力特征会对风致响应产生重要的影响,其中导线对塔体的作用使得整体体系的结构动力特征更加复杂。对于不同来流风向条件下输电塔的风荷载,我国相关规范有对应的计算系数和分配系数,而在塔线耦合体系中,风向对塔体结构风致响应的影响更显著。根据是否需要外界能量输入,结构风振控制分为主动控制、被动控制和混合控制。迄今为止,被动控制特别是调谐质量阻尼器仍然是对输电塔风振控制的主要方法,其中阻尼器的自振频率应与塔体自振频率保持一致,风振控制效果才能达到最佳,但是塔线耦合作用使得风振控制的优化更为复杂。此外,还对未来可能的研究方向进行了展望,进一步研究特殊天气风场特征、开发更可靠的有限元建模方法、深入研究塔体扭转向及沿线向响应特征、优化TMD设计参数和布置方案等都应是未来重要的研究方向。     

基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究

采用谐波叠加法,模拟了输电塔塔顶脉动风速时程曲线及风荷载时程。介绍了LQR控制算法的原理,利用MATLAB语言编制了LQR控制算法的程序,并对一输电塔模型结构在风荷载作用下的控制效果进行分析,结果表明,LQR控制方法可以有效地减小输电塔的风振响应,说明LQR控制方法是一种比较理想的减震方法。     

基于LQR控制算法的输电塔风振控制研究

采用谐波叠加法,模拟了输电塔塔顶脉动风速时程曲线及风荷载时程.介绍了LQR控制算法的原理,利用MATLAB语言编制了LQR控制算法的程序,并对一输电塔模型结构在风荷载作用下的控制效果进行分析,结果表明,LQR控制方法可以有效地减小输电塔的风振响应,说明LQR控制方法是一种比较理想的减震方法.     

考虑地震动摇摆分量作用的输电塔线体系响应

为探究输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应,进行了振动台试验和理论分析。地震动摇摆分量通过小波分析的方法从原始地震记录中取得,此方法以单摆式地震仪在水平和竖向的响应差别为基础,通过摇摆倾斜位移的傅里叶谱和竖向速度相似作验证。采用实际输电塔线体系的简化缩尺模型,进行单塔模型和三塔两线模型在顺线向作用下的振动台试验,考察在地震动水平、摇摆及水平-摇摆耦合作用下的结构响应。推导了地震动水平、摇摆加速度和摇摆位移耦合作用下输电塔线体系的动力方程,在方程的激励项中以等效侧向力的形式考虑摇摆转角位移产生的附加P-Δ效应。研究结果表明：理论分析和试验结果吻合较好,证明了理论分析的正确性;地震动摇摆分量不可忽略,其对输电塔线体系的地震响应影响较大,其中由摇摆转角位移产生的附加P-Δ效应会增大输电塔线体系的动力响应,并造成塔体产生一定程度的非对称位移响应;本次试验中,在多维地震作用下,输电线会减弱输电塔主体结构的水平位移和加速度响应,但相对于水平地震动作用,考虑摇摆分量后,输电线对输电塔主体结构响应的减弱效果将会被削弱。     

风雨荷载耦合作用下索桁架体系点支式玻璃幕墙的动力响应研究

应用谐波叠加法模拟了脉动风速时程曲线,进而得到了脉动风荷载;通过马歇尔-帕尔默指数分布的雨滴谱及脉动风速得到了脉动雨荷载;利用ANSYS对索桁架体系点支式玻璃幕墙进行动力风荷载和雨荷载耦合作用下的时程分析,研究在风雨荷载共同作用下雨荷载对幕墙的影响。结果表明:雨荷载占总荷载最大比重随风速级别和降雨量的增加而增加;且雨荷载占总荷载最大比重为5.8%,极值雨情况下为12.4%。     

风荷载下碰撞摆对输电塔线体系的振动控制分析

高压输电塔-线体系是重要的生命线工程,确保它们在脉动风荷载下的安全可靠运行,具有十分重要的意义。本文通过MATLAB编程实现脉动风荷载的生成,基于实际工程,运用ABAQUS有限元软件对脉动风荷载下输电塔结构及输电塔-线体系在碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)控制下结构的动力响应进行研究,研究表明该减振装置具有良好的减振效果。另外,通过对不同质量比的减振装置的减振效果进行分析,确定该减振装置的最优质量比,为指导工程实际提供可靠的依据。     

等效静风荷载作用下输电塔线体系破坏过程分析

为研究输电塔线体系在风荷载作用下的破坏过程,本文以广东省湛江220kV输电线路的一个耐张段为研究对象,在ANSYS中建立四塔五线体系有限元模型。根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)中规定的方法计算等效静力风荷载,考虑结构的材料非线性特征和几何非线性特征,对体系进行分析。在逐级加载条件下分析不同风向角风速由低到高时体系输电塔位移的变化,识别最不利风向角和对体系破坏起控制作用的输电塔,通过Budiansky曲屈准则判定体系的承载能力极限状态。通过对体系破坏过程的模拟,采用强度判定因子和稳定性判定因子识别最薄弱输电塔主材破坏形式和破坏路径。最后从应变能的角度对体系的破坏过程进行分析。经分析可以得出如下结论:1.塔线体系对60°和90°风向角比较敏感;2.直线塔主材的薄弱构件分布于第一个横担下部;3.塔线体系破坏过程中发生破坏的输电塔位移和应变能占比均大幅增长,应变能占比的变化可以反映输电塔的破坏过程。     

顺风作用下输电塔疲劳可靠度分析

输电塔是电力输送的载体,是重要的生命线工程.疲劳可靠度分析是预测输电塔结构使用过程疲劳损伤寿命的有效方法之一.选取六安500kV双回路SZ34型塔体为研究对象,简化输电塔受力点,依据Davenport谱模拟脉动风荷载时程,考虑平均风速分布概率的影响,进行输电塔结构关键杆件应力响应分析.基于Weibull概率分布理论导出疲劳可靠度分析模型.通过静力分析得到塔体关键杆件,采用雨流法、材料累积损伤准则及系统可靠度理论,计算输电塔关键杆件的疲劳寿命及可靠度,预测输电塔结构系统的疲劳使用寿命及可靠度.这种方法可以在计算疲劳寿命的同时,利用可靠度计算检验疲劳寿命的正确性.通过工程实例仿真分析,表明该方法可以准确高效地预测输电塔结构的疲劳寿命及可靠度,为今后进一步的工程应用奠定了基础.     

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。     

EF2级龙卷风作用下输电铁塔力学响应研究

为研究龙卷风作用下输电铁塔的力学性能,以某110 kV线路直线型铁塔为研究对象,模拟EF2级龙卷风的风场结构,用ANSYS软件建立输电塔有限元数值模型。经过计算确定龙卷风的最不利半径为30 m。按照设计规范规定的风荷载计算公式,将30 m半径对应的风速场转化为风荷载并施加到输电塔有限元模型上。计算输电塔结构的塔顶位移,并分析其强度和稳定性随高度的变化规律。经过分析可以看出,在斜向风作用下输电塔的响应较大,且输电塔中下段是抗风薄弱部位,不能满足EF2级龙卷风的承载要求。为使输电塔在高等级龙卷风作用下不致遭受较大破坏,应对中下塔段进行加固或提高钢材的屈服强度。     

大跨越输电塔线体系的风荷载模拟及耦合风振研究

根据输电塔线体系在风荷载作用下的破坏特点,采用ANSYS有限元软件建立"两塔三线"钢管塔线体系的空间杆梁混合有限元模型,其中主要钢管构件和绝缘子串采用Beam 4梁单元,横撑和斜撑钢管构件采用Link 8杆单元,导、地线采用Link 10索单元;采用Davenport风谱,并运用基于功率谱密度函数的谱表示方法,考虑风速时程的时间和空间相关性,模拟生成了输电塔、导地线的脉动风速时程;在时域内分析输电塔线耦合体系模型在风攻角分别为0°、45°和90°的风振反应,得到输电塔、导地线的位移和加速度反应;讨论输电线对输电塔线体系的影响,得出一些重要结论,对输电塔线体系的抗风设计具有一定的参考价值。     

输电塔线体系覆冰倒塔的力学机理研究

本文总结了全国规范的冰荷载计算方法,并以双回路直线塔、承力塔的鼓型塔(六角型)为例,说明输电塔覆冰时的荷载的计算;全面分析了目前国内外输电塔线体系覆冰倒塔力学机理的,提出了输电塔线体系覆冰倒塔力学机理的研究方向,即应该考虑风荷载的动力荷载的特性.动态失稳是风荷载作用下输电塔线体系覆冰倒塔的一个原因,共振也可能是荷载作用下输电塔线体系覆冰倒塔的一个原因.