长短腿输电铁塔在多工况荷载下的静力特性分析

基于有限元分析方法，采用matlab程序技术，对长短腿输电铁塔和等长腿输电铁塔这两种结构体系进行了多工况荷载下的静力特性分析。计算结果表明，在各工况荷载下长短腿铁塔较等长腿铁塔底部主材的轴力均有增大，底部斜材的轴力变化有增有减，上部杆件如横担受长短腿影响很小。一般情况下顺侧向荷载方向位移较等长腿铁塔有所减小，但垂直于侧向荷载方向位移增大显著。短腿一侧电线发生断线时顺荷载方向位移也有所增大，但垂直荷载方向位移略有减小。分析表明长短腿铁塔要关注底部斜材内力和垂直于侧向荷载位移变化。     

高低腿输电铁塔的静力特性分析

对高低腿输电铁塔和等长腿输电铁塔这两种结构体系进行了多工况荷载下的静力特性分析。并结合铁塔加工厂的破坏实验验证了只要选材及构造合理,高低腿输电铁塔可以在各种荷载工况下运行。     

110 kV六回路耐张塔受力性能分析

采用TTA和ANSYS有限元软件对110 kV六回路耐张塔进行分析,比较两者在大风、覆冰、不平衡张力等多个工况下的力学性能。研究结果表明:风荷载是影响六回路耐张塔体水平位移的主要因素;TTA和ANSYS在分析输电铁塔构件轴力时两者精度较高;考虑几何刚度变化和P-Δ效应后,输电塔塔顶水平位移增量较小;采用TTA程序设计铁塔结构时,对塔身主材等受弯矩影响较大的部位应考虑弯曲应力影响。     

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。     

±800 kV特高压直流输电杆塔结构的动力特性研究

±800kV特高压直流输电线路的直线塔、耐张塔为研究对象,采用SAP2000进行有限元建模,开展动力特性分析,得到杆塔结构的自振周期和振型;并与以往输电杆塔结构第一自振周期的简化计算方法进行比较和分析,提出典型特高压输电线路杆塔结构自振周期的计算方法,为正确计算该杆塔结构的风振系数及风荷载提供依据。     

±800kV特高压直流输电杆塔结构的动力特性研究

±800kV特高压直流输电线路的直线塔、耐张塔为研究对象,采用SAP2000进行有限元建模,开展动力特性分析,得到杆塔结构的自振周期和振型;并与以往输电杆塔结构第一自振周期的简化计算方法进行比较和分析,提出典型特高压输电线路杆塔结构自振周期的计算方法,为正确计算该杆塔结构的风振系数及风荷载提供依据。     

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%。     

特高压输电铁塔动力特性分析

为分析特高压铁塔的自振动力特性,运用ANSYS建立SZ301型1000 kV交流同塔双回输电铁塔三维梁杆混合模型,运用Block Lanczos方法提取前10阶频率和12阶振型。研究结果表明,有限元计算自振频率符合工程计算要求,建立的三维模型正确;特高压单塔振型主要集中在塔身横隔面塔材,应注意进行塔颈和塔身主材补强设计;低阶模态为塔头振动,塔高增加使得整塔结构刚度降低,为进一步研究特高压塔线体系在动态荷载下的动态特性提供参考。     

架空输电塔线体系有限元建模及风载分析

架空输电线路发生严重的微风振动时会造成断线倒塔等电力事故.为此研究了输电线路中某一耐张段所在的塔线体系,建立"三塔两线"有限元模型,通过模态分析发现输电单塔主要表现为铁塔的扭转和侧移振型,塔线体系主要表现为输电导线的侧移和扭转振型.静态风载分析表明,风速与塔线体系中导线的最大位移成正比,导线自重在风速较低时对线路风振影...     

强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析三:动静力响应对比

高压输电线路风致倒塔事故是近年来影响电力系统安全运行的重要因素。文中以南方电网某220 kV输电线路为背景,考虑铁塔和导、地线之间的耦联影响,运用ANSYS有限元分析软件,建立直线段塔线耦联三基塔两回线模型,对模型分别施加设计风速下的风载荷与时变风载荷,对比模型在两种情况下的静动力位移、应力响应数值差异,分析表明塔—线体系中铁塔的x、z向动力响应位移明显大于静力响应位移,铁塔部分主材轴应力与静力响应数值相比明显增大。研究结果可用于输电线路在风载荷作用下的可靠性分析。     

横隔面在高压输电塔抗风设计中的作用分析

高压输电线路是一种风敏感结构体系。强风暴是对输电线路威胁最大的一种自然灾害,因强风暴而导致的高压输电线路和输电塔破坏事故时有发生。为了保持结构的整体性能以及分配剪力和抗扭,输电塔的设计中都要设置一定间距的横隔面。横隔面设置位置和数量的多少影响到结构的整体抗风性能。以500 kV同塔双回路直线自立塔为例,研究了设置不同横隔面时结构的模态以及抗风内力与变形。按现规程的设计结构的第3振型已出现严重的局部振动,拟静力分析结果也显示无横隔面的斜撑出现了很大的平面外变形;增设横隔面以后,前几阶振型未发现局部振型,且斜撑的平面外变形也大大地降低。研究表明目前高压输电塔抗风设计规范中的横隔面设置数量和方法有待改进。     

“D”型截面复合材料塔头输电塔结构特性研究

输电塔主材改用复合材料,可有效减少输电线路占地,并减少电气间距达到压缩走廊的目的。复合材料区别于角钢,可以使用 “D”字型截面,提高了截面惯性抵抗矩。对各规格复合材料构件的截面进行了有限元分析,计算得到了截面特性参数。以某110 kV塔头复合材料塔为工程背景,建立了有限元模型,获得了其自振特性并与传统角钢塔做了对比,分析了参数不同的原因。使用基于时域法的风振系数计算,对位移均方根值、位移平均值、加速度均方根值的分布特点进行了研究,计算了各高度处的风振系数,并将结果与我国规范的取值进行了对比,结果可作为复合塔抗风设计的参考。     

多点输入下大跨越输电塔结构抗震性能时程分析

采用时程分析法系统地分析了多点输入下大跨越输电塔结构的地震响应,分析了在不同视波速下地震对大跨越输电塔位移、扭转效应、塔柱和腹杆最大压应力的影响。研究表明：多点输入下地震对结构扭转效应非常明显,对塔柱底部杆件内力影响较大,与一致输入下相比杆件进入塑性的数量较大。     

大型冷却塔结构多目标等效静风荷载分析

大型冷却塔属于典型的风敏感结构,针对其风振响应的多耦合效应、多振型参与和多目标等效的特点,以冷却塔表面平均风荷载和主导振型的惯性风荷载作为构造多目标等效静风荷载的2个基本向量,并结合约束最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而获得针对多个等效目标的等效静风荷载。该方法的优点是：建立了更符合实际分布的等效风荷载,限制了某些奇异荷载作用模式的出现,能够再现风振响应特点。结合某核电站大型冷却塔结构的风洞试验,对3组不同等效目标的结构响应进行了多目标等效静风荷载分析,结果表明在该方法得到的多目标等效静力风荷载作用下的风振响应与极值响应吻合较好。     

短路条件下变压器器身轴向振动的分析

基于电力变压器绕组轴向振动的质量弹簧系统数学模型并考虑变压器绕组的轴向振动的非线性特点,简化计算模型。本文针对一台型号为DFP1-240MVA/500kV的电力变压器,建立了由铁心、绕组、垫块、夹件和拉板组成的电力变压器器身振动的仿真模型,分别计算了变压器绕组和器身在不同轴向预紧力作用下的固有频率和振动型态,得出了轴向预紧力的变化与其轴向振动固有频率变化之间的关系。同时对短路条件下绕组轴向动态短路力所产生的器身轴向振动进行了分析。分析结果表明:短路时存在以50Hz和100Hz为基频的短路力,如果变压器的固有频率接近这两种频率及其倍频,会发生谐振,使振动位移变大,降低变压器结构的稳定性。     

腐蚀镀锌输电塔时变承载能力研究

为了研究材料腐蚀作用下输电塔的安全性,通过数值模拟方法结合实验数据建立了输电塔镀锌钢材腐蚀后承载力退化模型。腐蚀效应通过在模型中引入人工腐蚀试验得到的材料力学参数和本构模型实现。在精细化有限元建模基础上对结构各关键点施加风荷载,以逐级加载方法计算不同腐蚀程度的模型关键点和塔腿的最大响应确定结构极限承载力。结果表明,由于腐蚀导致结构质量、刚度下降,输电塔基频随着腐蚀时间的增加不断降低,在镀锌钢材腐蚀周期为1200 h和4200 h时,输电塔承载力分别退化4.2%和5.3%。     

Q460钢锻造平焊带颈法兰节点轴心受压性能分析

采用试验方法和有限元方法对Q460钢平焊带颈法兰节点轴心受压性能进行了研究。试验选用FP2121和FP2727型法兰盘,对法兰节点施加轴心压力直至其破坏。采用有限元模型对实体单元模拟法兰盘、钢管和角焊缝进行了大变形弹塑性条件下的极限承载力分析。结果表明,法兰节点的破坏形态均表现为钢管的局部屈曲,法兰盘强度有较多富余,法兰盘颈部和底部2条环形角焊缝均有传力贡献,颈部环形角焊缝与底部环形角焊缝传递力的比例约为3:1,与试验结果一致。     

500kV汉江大跨越塔钢管节点试验

以国家电网公司应用Q420 高强钢首批输电线路试点工程为依托,验证杆塔采用Q420 高强钢管的适应性和安全性。针对500 kV汉江大跨越直线塔主材采用Q420 钢管,进行了3种K形节点6 个试件的试验研究。对钢管节点受荷后的截面应力分布、主管侧向位移以及极限状态受力特征等进行了分析,通过试验为杆塔设计和输电线路安全运行提供了可靠的依据。试验证明,节点域加劲板的设置以及主管与支管间的夹角对节点的应力分布有重大影响。     

变压器绕组轴向预紧力对绕组轴向振动特性的影响

根据变压器绕组的实际结构特点,建立了绕组轴向振动数学模型,研究了变压器适中时绕组轴向振动的非线性特性,分析了不同绕组预紧力下线饼轴向位移量、绕组对端压板的作用力随 适中电流、绕组分接区大小的变化规律。     

塔高对冷却塔风振系数的影响分析

风振系数是冷却塔结构抗风设计的关键参数之一,目前国内冷却塔结构设计规范给出的风振系数仅与地面粗糙度有关,而忽略了与之密切相关的结构自身动力特性的影响。本文针对三座体型比例相近而塔高不同的双曲线冷却塔,采用考虑背景、共振以及背景和共振分量之间交叉项的风致响应计算方法（一致耦合方法,Consistent Coupling Method-CCM）,分别考察了各自的风振系数数值及其分布特征,对比研究结果表明：冷却塔的塔高对其结构的风致动力响应影响明显,不同高度的冷却塔采用相同风振系数的通常做法值得商榷。本文结论可为冷却塔的结构设计和抗风安全性研究提供参考。