跨越高速铁路输电杆塔可靠度分析

研究了跨越高速铁路输电杆塔可靠度水平,对跨越高铁电力线路安全可靠性进行评价。根据实际工程,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了包含两基直线塔、两基耐张塔与三跨输电线的输电塔-线体系三维有限元模型。采用改进的一次二阶矩法(JC法)计算输电杆塔单根杆件可靠指标,利用窄界限法对杆塔体系可靠指标进行分析。综合考虑了0°,45°,60°以及90°风等荷载与覆冰荷载共同作用的影响,基于MATLAB软件编制的计算程序,分别计算了各工况下杆塔的可靠指标。研究结果表明:在设计风速下,考虑覆冰荷载时,呼高48,51 m的杆塔中可靠度水平最低的杆件均位于塔的横担处;呼高48,51 m的输电杆塔的整体可靠指标分别为3. 518与3. 590,稍低于跨越高铁线路输电线路杆塔目标可靠指标3. 7的要求。     

输电塔-线体系覆冰作用非线性分析

在重冰区,高柔大跨越输电塔-线体系在覆冰、风载等作用下具有强烈的耦合特性和非线性特征。推导了绝缘子、索以及边界条件的刚度表达式,以向家坝-上海±800 kV特高压直流输电线路为例,建立了输电塔、导线、绝缘子以及边界条件的简化数值分析模型。对大跨越输电塔-线体系进行了7种工况下的静力非线性分析。分析表明,在导线均匀覆冰及风荷载作用下,铁塔构件的P-Δ效应较小;在不均匀覆冰工况下,导线不平衡荷载对铁塔产生扭转效应,铁塔受压支座节点和最大悬臂处单元的轴向压力和弯矩具有较明显的P-Δ效应,应考虑荷载非线性的不利影响。     

大跨越输电塔群桩基础优化分析

为了保障结构的整体安全性,减少基础材料用量,以托坎廷斯河大跨越工程STT8跨越塔为依托,开展大跨越输电塔群桩基础的优化设计.建立输电塔-高桩承台-桩-土精细化有限元模型,验证了原始设计的安全性,并以此为基础开展了群桩基础的优化分析,确定了该工程条件下的最优桩径、桩长和桩距.     

大跨越输电塔-线体系的风控效果研究

本文研究了大跨越输电塔-线体系风控效果的敏感性和橡胶铅芯阻尼器的实用性,从橡胶铅芯阻尼器的变形、刚度和阻尼各自的减振效果等方面验证了阻尼器的风控效果。研究表明:阻尼器控制后大跨越输电塔-线体系的位移响应均大幅降低;各风向角动风作用下均会引起大跨越输电塔-线体系的横线向和顺线向振动;同时,位移响应的最不利风向角与内力响应的最不利风向角不一定相同。塔高和输电线张力均会影响大跨越输电塔-线体系的横线向与顺线向的位移和加速度响应和风控效果。在设计风速下,安装于优化位置的橡胶铅芯阻尼器均能正常工作,其刚度和阻尼对大跨越输电塔-线体系的风控效果均有贡献,阻尼发挥了主导作用。     

近断层地震下输电塔-线体系振动台试验研究

基于工程实际,结合线弹性相似理论和模型二次缩尺方法,完成了包含两基直线塔和三跨输电线的输电塔-线体系缩尺模型的设计。考虑近断层地震速度脉冲的特征与地震的随机性,选取3条近断层近场地震波,开展了多振动台试验,通过引入不同入射角的位移响应比,探讨了近断层地震波在不同入射角激励下对输电塔-线体系动力响应的影响。研究结果表明,入射角对输电塔-线体系的动力响应有很大的影响;对于不同的地震波,输电塔-线体系对应的最不利入射角有差异;在不同入射角激励下,直线塔侧向位移响应的放大程度远大于纵向,因此对于塔-线体系动力响应需考虑近断层地震波入射角的影响。试验结果可以作为大跨越输电塔-线体系抗震设计的重要参考。     

大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析

输电塔是高柔度的风敏感结构,大跨越输电塔线体系由于塔线耦合作用,动力特性和风振响应变得复杂。以智力CHACAO大跨越工程为例,在Ansys中建立塔线体系有限元模型,从结构的动力特性和风振响应几个方面对单塔及塔线体系进行风振分析;根据时程分析结果对风振系数进行计算并和规范结果对比,发现按照建筑荷载规范结果不准确也不安全,架空输电线路荷载规范由于考虑了横担处的质量突变等因素,总体来说更符合实际也更偏于安全。     

大跨越输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

基于1 000 k V特高压交流输变电工程线路中的大跨越输电塔-线体系,开展大跨越输电塔-线耦联体系的气弹模型风洞试验,研究不同风向角和不同风速下体系气弹模型在紊流场中的风振响应,并与输电单塔的风振响应进行对比。试验结果表明:在紊流风场中,塔线的相互耦合作用导致大跨越输电塔-线体系具有较强的非线性。在0°~30°风向角下,输电线的存在增大了体系的阻尼,降低了体系的风振响应;在45°~90°风向角下,位于输电塔线体系两端的输电塔G2和G4的风振响应更容易受到塔-线耦合作用的影响,在大跨越输电塔-线体系抗风设计中应受到重视。     

跨越高速铁路输电杆塔静力可靠度分析

跨越高速铁路输电杆塔是整个输电线路大跨越工程中重要的组成部分。本文选取一基500kV跨越高速铁路输电杆塔作为研究对象,采用ABAQUS有限元软件建立了其三维有限元模型。基于改进的一次二阶矩法(JC法)和窄界限法,对可变荷载与永久荷载共同作用下的输电杆塔进行了可靠度分析。研究结果表明,考虑10mm覆冰荷载时,输电杆塔中可靠度水平最低的杆件多数位于塔的横担处,少数位于塔腿处;输电杆塔的整体可靠度分别为4.6269,高于跨越高铁线路输电线路杆塔目标可靠指标3.7的要求。研究结果可以为跨越高速铁路输电杆塔的可靠度评估提供重要的参考依据。     

不同覆冰状态下输电塔线体系脱冰及断线受力分析

输电线路脱冰及断线对输电塔线体系所造成的影响一直受到人们的关注。利用ANSYS建立四塔三线的输电塔线体系有限元模型,计算不同工况下的输电塔线体系脱冰、断线过程,分析脱冰和断线的受力规律。结果表明:线路中上、下两排导线间距低于两排导线脱冰振动幅度的总和,可导致线路接触闪络;导线脱冰后导线张力振荡减小,并且振荡部分峰值会超过初始状态值;单根导线断线产生的冲击荷载大于两根导线断线产生的冲击荷载。     

黄土地区微型桩基础承载特性现场试验研究

随着国家电网建设向西部发展,高压输电塔线路不可避免地经过黄土地区,微型桩基础由于其良好的承载能力和安全性得到广泛运用。依托甘肃黄土地区2个试验场地16组微型桩基础现场试验的实测荷载-位移曲线,分析了下压荷载和上拔荷载、浸水和未浸水、微型单桩基础和群桩基础等不同工况下的承载特性。结果表明:黄土湿陷性对微型桩基础破坏模式具有显著影响,浸水后的黄土地基微型桩基础均呈较为明显的陡降现象;在上拔荷载作用下,浸水后的微型群桩基础群桩效应显著;此外,微型桩基础承载力受黄土湿陷性影响较大,根据试验结果建议取折减系数为0. 24。试验所取得的相关经验与成果可供黄土地区相关工程借鉴与参考。     

输电塔线体系灾变机理研究综述

输电塔-线体系是重要的生命线工程,确保其安全意义重大。近年来,极端天气、自然灾害和安装事故频繁发生,对输电塔-线体系造成严重破坏,引起社会的广泛关注。针对近年来输电线路灾害发生的原因和破坏形式,本文从构件及节点试验、数值分析方法、连续性倒塌研究进展和真型试验四个方面总结分析了现阶段国内外对输电塔-线体系灾变机理的研究成果。通过对问题的归纳与总结,旨在发现研究过程中存在的问题,明确输电塔-线体系灾变机理研究的方向,增强对输电塔-线体系抗倒塌能力的认识,为输电塔的研究和设计提供参考。     

输电线路塔-线耦联体覆冰不平衡张力特性分析

不平衡张力是造成高压架空输电线路事故发生的一个重要原因,为了对比分析在覆冰-风组合工况下,塔-线耦联体系在静态和动态荷载下的不平衡张力响应,以江西某220kV输电线路为背景,在ANSYS有限元开发环境下,建立三基塔两回线塔-线耦联体系有限元模型。基于Davenport脉动风速功率谱,考虑江西当地气象条件,模拟生成风速时程,在风速时程作用下,分别以风向角、覆冰厚度和风速为变量,对耦联体系进行覆冰-风组合工况下不平衡张力的动力响应分析,并将该结果与静力响应计算结果进行对比。分析发现,动态荷载对于铁塔的不平衡张力具有显著的放大效应,与静态相比最大增幅高达19. 3%。这说明现有的设计规范在进行设计时只考虑静态荷载是具有局限性的,其结果偏向保守,有待进一步改进或增加设计裕度。     

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。     

输电塔-线体系完全气弹模型风洞试验研究

按照基本缩尺律,设计、制作出模拟输电塔-线体系的一塔两跨线完全气弹模型,并通过大气边界层风洞试验,测试了各种风速下输电塔在挂线和不挂线工况下的位移与加速度响应,观测了输电塔-线体系的极限风荷载和风毁模式,同时通过测量导地线线端应变和绝缘子应变,得到导地线传递给输电塔的静、动力风荷载。研究了塔线耦联对输电塔风振响应的影响,分析了单塔与输电塔-线体系气弹模型风振响应随风速的变化规律和频谱特点,得到了若干对输电塔抗风设计有参考价值的结论。     

500kV单回路复合横担塔塔线体系动力响应分析

输电线路的断线及覆冰脱落会引起电线的横向摆动和上下振动,导致电气设备的损坏,并引起整个输电系统的振荡,严重威胁着输电线路的安全性。本文基于500kV单回路三向复合横担直线塔这一设计塔型,通过有限元仿真分析,建立了500kV单回路复合横担直线塔的有限元梁杆模型及3塔4线塔线体系模型。在设定的动力工况下对输电线路的断线及覆冰脱落进行了动力计算,分析整塔及导线响应的变化情况。验证复合材料杆塔结构优化及计算结果的合理性和可靠性,并为后续工程实际应用提供参考。     

高压输电塔-线体系抗灾研究的现状与发展趋势

以输电塔-线体系的环境荷载特性和结构动力响应特性为出发点,分析目前高压输电塔-线体系的发展现状及人们对环境荷载缺乏认识而经常造成灾害事故的原因,论述了输电塔-线体系在现有设计水准下抵抗地震和环境荷载作用的能力和现阶段输电塔-线体系设计的可靠性。全面系统地总结了高压输电塔-线体系抗震抗风研究的动力分析建模方法、模型种类与适用性,以及试验研究所采用的方法、达到的水平和解决的问题,抗震抗风研究的理论成果和发展动向,结构振动控制理论体系和控制手段,结构设计理论的发展趋势等。指出了现阶段输电塔动力响应研究与设计中存在的缺陷和不足,从环境荷载建模、结构动力响应分析方法、试验测试手段和结构控制理论与措施等方面提出了当前迫切需要进行研究的内容与方向。根本目的旨在提高输电塔-线体系结构设计理论和设计水准,增强抵抗地震和环境荷载灾害性破坏的能力。     

输电线路风致倒塌失效分析及监测方案

为研究输电线路的抗风性能及现场监测方案,利用ANSYS软件对整个耐张段的抗风承载力进行了模拟。以广东省2条正在运营的输电线路为工程背景,建立了2条耐张段输电线路有限元模型。对模型施加风荷载并不断调整风速,完成了非线性静力倒塌分析,进而研究了规范中提到的潜在最不利风攻角的影响;根据应力云图和振型等信息对应变及加速度传感器的布置方案进行了设计;通过对实测的加速度数据进行分析,得到了32~#塔2个水平方向的前2阶频率。结果表明:121~#～129~#耐张段中124~#塔首先发生破坏,最不利风攻角为90°,临界倒塌风速为34.91m·s~(-1),与设计风速35m·s~(-1)非常接近;30~#～34~#耐张段最先失效的铁塔为32~#塔,最不利风攻角为60°,临界倒塌风速为45.6m·s~(-1),大于其设计风速35m·s~(-1),这是因为设计时采用的是双分裂导线,而实际工程采用单根导线;实测结果与有限元仿真结果两者的相对误差小于10%,说明了监测数据的可靠性;铁塔首先进入屈服的位置一般为变坡处上下连接主材、塔身横隔上方连接主材和塔腿主材,并且主材应力较大区域往往与主材截面规格变化处相吻合,因此这些位置在设计和监测时需要加以重视。     

重冰区导线覆冰脱落对转角塔的动力冲击仿真研究

重冰区线路覆冰脱落(脱冰)影响输电线路安全运行在线路设计中充分考虑脱冰对线路的影响,制定安全合理的设计方案非常重要。针对此问题,采用有限元方法建立7塔8线的两个耐张段塔线体系动力学模型,研究在风载作用下,不同脱冰方式及转角时塔线体系脱冰对转角塔的冲击作用,分析了导线纵向位移、转角塔水平荷载及杆件内力的变化,发现不同时脱冰对铁塔危害更大,并且随着线路转角增大,线路脱冰对铁塔的冲击作用在减小,为重冰区转角塔设计提供了依据。     

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。     

输电塔线体系断线冲击分析

输电线路工程是重要的能源传输工程,但由于输电线路大多架设于乡间野外,长年累月受到环境荷载的作用,极有可能发生导线断裂事故。为了探究断线对输电塔线体系的冲击作用,运用ABAQUS有限元软件建立"四塔三线"模型,模拟不同输电线断线工况下的动态过程,开展了断线后输电塔的受力分析。基于定义的冲击系数,分析了断线前后输电塔主材杆件的受力变化情况,明确了输电塔受冲击最严重的位置。通过模拟结果与规范的对比,指出了现有规范的不足。结果表明:断线对输电塔产生的破坏主要为弯曲破坏和扭转破坏,且弯曲破坏更为严重。单根导线断裂时,上部导线断裂所造成的冲击最严重,受冲击最大的部位为断裂导线所连横担与其下方相邻横担之间的一段塔身。随着断线根数增多,扭转破坏所占比例有所增加,各横担之间的塔身为破坏最严重的部位。按规范取值并通过静力方法计算断线对输电塔的影响不能确保结构在断线动力冲击下的安全,有必要采用动力分析对输电塔进行验算。