特高压输电塔-线体系的抗风性能分析

本文建立了特高压输电塔线体系四线三塔的有限元模型,考虑了材料和几何非线性,采用增量动力分析方法对整个输电塔线体系进行抗风性能分析。对输电塔单塔和塔线体系进行了从弹性、非线性直至倒塌的全过程的性能分析,获得了输电塔单塔和输电塔线体系的抗风性能曲线。通过输电塔单塔和塔线体系的对比分析可知,导线对输电塔抗风性能的影响很大,在设计中不能忽略。     

基于拆除构件法的建筑结构抗连续倒塌研究进展

连续倒塌一旦发生就会造成严重的人员伤亡和经济损失。因此,研究结构在遭受意外荷载时跨越局部破坏区域的抗连续倒塌性能具有重要意义。作为连续倒塌分析和抗连续倒塌设计的重要研究方法,拆除构件法既能较好地评价结构的抗连续倒塌性能,又能有效地提高结构的抗连续倒塌能力。为进一步提高拆除构件法的计算精度和效率,本文首先阐述了连续倒塌破坏机理和拆除构件法基本原理,在此基础上,重点分析了计算模型和计算方法对拆除构件法计算精度和效率的影响,最后指出了目前研究中存在的不足及今后研究中应加强的内容。     

500 kV输电塔线体系强风荷载倒塌分析

高压输电线路在强风荷载作用下的倒塔情况是影响输电线路安全运行的重要因素之一,选用Tian-Ma-Qu作为输电塔的角钢本构模型,利用脉动风脉动风中一维单变量下的随机平稳高斯过程,求解多变量的高斯随机过程,并拟合风速时程。建立三塔四线体系,将不同风攻角和不同风速下的风时程荷载输入。结果表明:0°风攻角下,前两个塔架(Z1、Z2)倒塌,风速为50 m/s;45°和90°风攻角下,中间塔架(Z2)塔倒塌,风速分别为38,34 m/s;随着风向角的由小变大,导致输电塔线体系破坏的风速逐渐变小;不同的风攻角会导致不同的输电塔倒塌。     

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。     

输电塔-线体系灾变分析与安全评估综述

输电塔-线体系是一种重要的生命线工程,它的安全性与可靠性直接关系到国家经济的命脉,一旦破坏将造成难以估量的损失和不良的社会影响。然而,近些年来极端天气和地质灾害的频繁发生,导致输电塔-线体系的破坏现象越来越严重,也逐渐引起社会的广泛关注。该文不仅重点探讨输电线路已有灾害的发生原因和破坏形式,而且从结构设计、数值分析和试验验证三个方面总结分析现阶段国内外为保证输电塔-线体系的安全运行所采取的方法和手段。通过对问题的归纳与总结,旨在发现设计与分析过程中存在的缺陷和不足,进而提高和补强结构抵抗外部环境荷载灾害性破坏的能力,以及加强设计人员对电网体系安全运行状况重要性和可靠性的意识。     

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。     

输电塔-线体系风雨致振控制研究

为了研究风雨作用下被动减振装置对输电塔-线体系的控制效果,基于调谐质量阻尼器原理,设计了双向调频减振装置。利用有限元软件SAP 2000建立了输电塔-线体系有限元模型;通过线性滤波法模拟了脉动风速时程;根据降雨形成特征和雨滴谱与强降雨的关系,运用力学平衡和动量定理,得到了雨荷载;根据风雨荷载的组合原则,得到了风雨荷载的时程曲线。运用非线性动力时程分析方法,验证了该双向调频阻尼装置的有效性。     

高压大跨越输电塔-线体系动力特性计算分析

高压大跨越输电塔-线体系动力特性的评估是进行结构抗风抗震设计的重要环节。由于高压大跨越输电塔线之间的耦合效应,准确评估输电塔-线体系的动力特性具有相当大的难度。基于多质点模型,建立高压大跨越输电导线、输电塔以及输电塔-线体系的动力特性计算方法。该方法不仅可以计算高压大跨越输电塔线体系在平面和出平面各阶振型频率,同时也可以计算结构扭转向各阶振型频率。最后,通过分析高压大跨越输电塔在挂线和不挂线时的各阶振型频率,讨论高压大跨越输电塔-线耦合振动对输电塔动力特性的影响。分析结果表明:采用多质点模型计算得到的输电导线的各阶振型频率与连续化模型得到的结果相当,这表明该方法的准确性,而且导线对输电塔线体系动力特性的影响不可忽视。     

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。     

高压输电塔-线体系抗风雨的研究现状

高压输电塔-线体系是重要的电力工程设施,其安全性直接影响到电力系统的正常运行,而风荷载是威胁其安全的主要因素之一。因此,确保输电线路在风载作用下的安全性具有十分重要的意义。在简要介绍当前高压输电塔-线体系的发展现状以及近年来风灾引起的输电线路破坏情况的基础上,从输电塔-线体系的分析模型、抗风雨研究、风振控制和风洞试验方面,对高压输电塔-线体系抗风雨的国内外研究现状进行了论述。最后,对输电塔-线体系抗风雨需要进一步研究的问题进行了展望。     

基于改进多质点模型的输电塔-线体系动力特性评估

在计算输电塔-线耦合体系的动力特性时现有的多质点模型通常忽略输电塔扭转向的作用。为了提高动力特性计算结果的精确性,本文在现有的多质点模型简化计算方法的基础上将扭转向的贡献通过增加自由度的方式纳入到推导方程中,建立了输电导线、输电塔以及塔-线耦合体系动力简化计算的改进多质点模型;使用该模型、有限元分析和试验三种方法分析典型输电塔、线和塔-线耦合体系的平动和扭转固有频率。计算结果显示,理论计算结果与有限元分析结果和试验结果相当接近,验证了该动力简化计算模型的可靠性;当考虑塔-线耦合振动时,输电塔的平面内和扭转向自振频率较相应单塔的自振频率有所降低;在输电塔-线体系结构设计时,应考虑塔-线耦合效应。     

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。     

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。     

输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。     

考虑结构极限状态的输电塔-线体系风洞试验研究

为研究输电塔-线体系的耦合效应,探索塔-线体系极限状态的失效模式和破坏机理,以广东省某220 kV输电塔-线体系为研究对象,研制考虑结构极限状态的输电塔气动弹性试验模型,通过风动试验,再现了输电塔-线体系极限风荷载下的倒塌现象,并与有限元法分析结果进行了对比分析。研究表明:1)基于稳定应力等效设计的输电塔极限状态气动弹性模型能够较好地在风洞试验中模拟出结构的破坏情况; 2)强风作用时,塔-线体系的耦合振动使塔-线体系的振动比相同环境中单塔的振动更为复杂,破坏可能与发生强非线性振动、局部响应扩大有关,结构杆件发生失稳破坏; 3)在输电塔结构设计时,应加强塔身中部沿垂直于导线走向方向的稳定承载力,不可忽视横风向风振响应的贡献。     

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。     

高压输电塔地震作用下的连续性倒塌分析

利用大型有限元分析软件ABAQUS和开发的子程序,分别对某输电塔进行了单向地震作用和三向地震作用下的连续性倒塌分析,研究了输电塔的薄弱部位和连续性倒塌全过程。分析结果表明,采用编制的子程序可以确定输电塔的薄弱部位,可以清晰地得到输电塔在地震作用下的连续性倒塌全过程,输电塔在三向输入作用下更容易发生倒塌。     

基于悬链线理论的框架抗连续倒塌分析

基于梁在悬索作用阶段的受力特点,推导了当支承柱突然破坏时,处于悬链线状态的梁的极限承载力公式,并进一步通过该公式导出了框架结构拆除系数(RF)的概念,用以定量判断构件在抗连续倒塌中的重要性程度。利用SAP2000通用有限元软件对一实际工程进行静力线性分析,分别模拟四种拆除工况,评估了结构的倒塌状况。结果表明,拆除系数算法的预测结果与一般工程经验一致,能够在一定程度上反映出构件的重要性指标。且计算简捷,便于应用。     

基于悬链线理论的钢结构抗连续倒塌分析

悬链线作用阶段,是结构抵抗连续倒塌的最后防线,也是进行结构抗倒塌设计的关键环节。通过对钢梁在悬链线作用阶段的受力状态的分析,推导钢梁在悬链线阶段最大容许位移的计算公式,进而引出柱的"特征移除系数μ"的概念,定量地计算构件在连续倒塌中的重要性指标。利用有限元软件ABAQUS对某实际工程进行非线性动力分析,分别模拟拆除角柱、长边中柱、短边中柱和内柱4种工况。分析结果表明,特征移除位移的算法能够在一定程度上反映出构件在抗连续倒塌中的重要性程度,预测结果与一般工程经验一致,且适合结构化编程计算。     

连续倒塌分析中结构重要构件的研究现状

建筑结构的连续性倒塌分析已成为国内外的一个研究热点,变换荷载路径法（AP法）的一个重要内容是确定结构的重要构件。在对现有结构重要构件判断方法分析比较的基础上,对其进行归纳总结,并给出了结构重要构件判断方法所必须具备的三个条件。