输电塔线耦联体系的地震作用影响研究

通过振动台试验与数值模拟,对输电塔线耦联体系中导线对塔体地震响应的影响进行了研究。以某输电塔线体系为工程背景,设计了单塔、三塔两线缩尺试验模型,并进行了振动台试验。另外,采用有限元程序建立模型,其中,塔线的有限元模型里分别设置了不同的悬挂导线质量,并进行了动力时程分析。结果表明:由白噪声扫频结果可得,输电塔悬挂导线后结构自振周期略有增加,但增幅不大;导线对输电塔体地震反应有一定程度的减弱影响,并且不同方向的地震作用下,其影响不同;不同导线质量对塔线模型地震反应存在不同程度的影响,并且不同方向的地震作用下,导线质量对塔线模型响应的影响也不同。     

不对称导线对输电转角塔动力性能影响研究

研究了不对称导线对输电转角塔动力特性的影响.首先基于空间杆系有限元理论建立了输电转角塔的力学模型.然后基于空间索单元建立了输电导线的力学模型.在此基础上组集形成输电塔线耦连体系分析模型.以中国某大跨度输电转角塔为实际工程背景,基于有限元方法考察了该结构的塔线耦连振动效应.进一步进行导线影响的参数研究,考察了相邻导线对输电塔本身振动特性的影响.结果表明,输电转角塔的塔线耦连效应显著,结构的扭转振型受到导线的影响非常显著.因此在转角塔的设计建造过程中,应当充分考虑到导线参数的影响.     

大跨越输电塔在线路断线作用下的动力响应

基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,分别建立以等效弹簧代替塔对线路作用的导线、地线模型和以等效弹簧代替线路对输电塔作用的直线塔模型.利用显式积分法对导线和地线的断线进行动力有限元仿真分析,并将悬垂点的纵线向支座动反力施加在直线塔上,分析导线、地线断线对直线塔的动力作用.该方法既考虑了塔和线的耦联作用,又避免了,建立复杂的塔-线体系模型.研究表明,地线断线对输电塔的冲击作用较小,导线断线对输电塔的冲击作用较大.     

输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应研究

通过数值模拟对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研究。采用有限元程序分别建立了单塔和塔线耦合体系的三维有限元模型,进行模态分析和动力时程分析。对单塔和塔线体系的动力特性和在水平、摇摆和水平-摇摆耦合地震作用下的响应时程分析结果进行了对比研究。结果表明,输电线对输电塔横导线方向和顺导线方向的地震响应的影响不同,将减小输电塔横导线方向的地震效应,而将增大输电塔顺导线方向的地震效应;相比单一水平地震作用,输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应更加显著。对于输电塔等高柔结构来说,抗震设计时考虑地震动摇摆分量的影响是很有必要的。     

FPS型MTMD在输电塔减震中的应用

输电线路不可避免地穿越高烈度地震区,地震作用不可忽视。FPS型MTMD是一种结构简单、安装方便、限位和复位性能好的减震装置。本文设计了一种质量板在四个球面上滑动的FPS型MTMD减震系统,并安装在某输电塔的横担处。利用有限元软件ANSYS,在考虑了导线的几何非线性基础上,建立了输电塔-导线体系的空间有限元分析模型,并用质量-弹簧单元模拟FPS-MTMD系统,研究减震系统对输电塔线体系的减震作用。结果表明,该装置对输电塔有较好的减震效果,能够有效地减小输电塔的地震反应,为进一步研究和工程应用提供依据和参考。     

大型钢管输电塔非线性地震反应研究

研究了某大型钢管输电塔的非线性地震反应问题。首先,建立了钢管输电杆塔的有限元模型,建立了输电杆塔在地震激励作用下的运动方程和非线性地震反应计算方法。以某实际输电杆塔为工程背景,研究了输电杆塔的线性和非线性地震反应特点和规律,并进一步地对比了线性地震反应和非线性地震反应的差异。结果表明,输电杆塔由多根杆件所组成,在强烈地震作用下结构不同位置表现出了不同的地震反应特点。地震激励沿出平面方向作用的结构反应略大于沿在平面方向作用的地震反应,杆塔结构上部表现出了一定程度的鞭梢效应。考虑几何非线性效应的分析结果比线弹性地震反应的结果略大,考虑双重非线性效应的结果则比只考虑材料非线性效应的结果略大。     

特高压输电钢管塔双重非线性分析

输电铁塔通常被简化成桁架结构并采用线弹性和小变形分析方法进行设计,而特高压输电铁塔结构柔度大、负载高、杆件连接复杂,若仍按线弹性分析不能准确反映其真实的受力情况.采用有限元分析方法建立铁塔空间梁杆混合模型,单元模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响,并与在设计荷载下的真型塔试验对比验证了模型的正确性.分析结果表明,按线弹性和小变形法设计的特高压输电铁塔安全裕度过大、浪费材料,应考虑几何非线性、材料非线性及端弯矩对结构受力性能的影响.最后对铁塔主材的应力计算及次应力分布特点进行分析,为评估特高压输电塔的承载力提供参考设计建议.     

500kV输电塔承载能力分析及优化设计

研究覆冰情况下输电塔的承载力和合理构造,具有重要的工程和社会意义.本文以500 kV酒杯型输电塔为例,建立有限元分析模型,考虑输电塔结构的几何非线性和材料非线性,计算在自重、覆冰和风荷载及正常与断线导线张力作用下,输电塔结构的承载力.通过比较18种荷载组合下输电塔杆件应力和位移,确定出输电塔结构的薄弱部位,并对其进行优化设计,在横担和塔身处添加斜杆和水平支撑,并调整塔颈形状,验算结果表明,优化设计后的塔型,其整体刚度和承载力均有大幅度提高.     

非平稳随机激励下高压输电塔-线体系地震响应

为了研究地震动非平稳性对高压输电塔-线体系的地震响应,通过引入均匀调制函数,建立了高压输电塔-线体系非平稳随机地震反应的求解方法.由于地面加速度功率谱采用精细积分的格式,因此计算效率和精度都得到了提高.通过对某220kV高压输电塔-线体系进行地震响应分析,计算了平稳与非平稳随机激励下输电塔和导线的内力及位移反应.计算结果表明：考虑非平稳因素可使导线位移反应增大14.9%~26.8%,导线轴力增大14.9%~48.1%,输电塔的弯矩反应增大8.0%~13.5%.在非平稳随机激励下,考虑行波效应和部分相干效应会使导线的位移和轴力反应明显增大,因此,计算高压输电塔-线体系的地震响应必须考虑地震动非平稳性.     

高压输电塔的断线分析和断线张力计算

针对高压输电塔的断线张力问题采用有限元方法（FEM）进行分析,建立输电塔、输电线以及地面的有限元模型.利用单元生死方法来模拟输电线的突然断裂,采用摩擦和接触来模拟跌落导线与地面的作用,获得输电塔线体系的断线响应和断线张力,并将断线张力结果与规范、文献中的方法进行比较.分析发现,当紧靠断线档的绝缘子摆幅达到最大时,输电线路的各种响应如绝缘子轴力、输电塔的顺线向剪力等几乎同时达到峰值.在只考虑静力作用的情况下,规范的断线张力数据大于有限元计算结果,基于曲线法的数据和计算结果非常接近;若考虑断线的动力冲击作用,则规范和曲线法的数据均比有限元结果小很多.     

输电塔线体系在多维地震激励下的响应分析

通过数值模拟研究了多维地震激励下高压输电塔线体系地震响应。建立了输电塔线耦联体系三维有限元模型,考虑了输电线的几何非线性特征;依据《电力设施抗震设计规范》选取了不同场地的12条地震记录;利用非线性时程分析方法,分别研究了单维、双向和多维地震激励下输电塔线体系的地震响应。研究结果表明,输电塔线体系在多维地震激励下的响应明显地大于仅考虑单维地震激励,特别是仅考虑竖向地震激励的情况,在分析中忽略地震动的多维性将会低估结构的地震响应。为了得到精确的结构地震响应并更好地进行输电塔线体系的抗震设计,需要考虑多维地震输入。研究结果可为输电线路实际工程抗震设计提供参考。     

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

针对大跨越输电塔线耦合体系的风振响应问题，以规划中的世界第一高塔--某大跨越输电塔线工程为原型，采用离散刚度法设计制作了塔线体系的气弹模型，并在紊流风场中进行了多个风向角、多个风速下的单塔和塔线体系气弹模型风洞试验.试验结果表明，输电塔的响应可以分解为共振响应与背景响应.通过分析塔线耦合作用对输电塔2部分分量的影响，揭示了塔线体系的风振响应特性.塔线体系与单塔相比，由于阻尼的增加导致共振响应有所降低，而迎风面积的增大使得背景响应有较大幅度的提高.分析塔线体系总的风振响应必须同时考虑塔线耦合作用对2部分分量的影响.     

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±800kV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-△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-△效应,应考虑荷载非线性的不利影响。     

风荷载作用下输电塔-线体系不确定性分析

考虑输电塔-线体系结构参数的不确定性并进行倒塌分析,能够更准确地描述整体结构的倒塌过程.分析输电塔-线体系在风荷载作用下的倒塌过程对结构的材料和几何不确定性参数的敏感性;建立输电塔-线体系的倒塌准则,提出整体损伤指标,通过拉丁超立方抽样法建立关于结构参数的不确定模型,统计输电塔倒塌发生的节间及其倒塌概率.结果表明,6个...     

输电线路的风致振动被动耗能控制

研究了输电塔线体系基于摩擦阻尼器的风致振动控制问题。提出了一种适用于高耸输电塔结构风振控制的摩擦阻尼方式，并采用多自由度模型建立了输电导线的动力分析模型。建立了安装有被动摩擦阻尼器的塔线耦联体系的动力分析模型和动力分析方法。研究表明，摩擦阻尼器具有较好耗能能力，可以有效地减小输电塔的风致振动，但其减振效果必须基于优化的阻尼器参数。     

大跨越高压输电塔线体系的动力特性分析

针对大跨越输电塔线体系,分别建立单导线、单塔、两基三垮塔线体系的有限元模型,将导线平面内和平面外动力特性的数值解与理论解进行比较,结果表明,所建立的模型能够较好地反映输电导线的动力特性.分析了单塔与两基三跨塔线体系的动力特性,比较了计算结果,认为低频区塔线体系的振动大多以导线的振动为主,塔架对于输电线振动频率的影响较小.     

台风“麦莎”作用下输电塔风荷载反演

由于输电塔结构外部作用实时测量难度大、数据精度低,可以根据现场测量结构动力特性,以实测动力响应来反演结构的动态荷载。本文利用某输电塔在台风"麦莎"作用下塔线耦联体系的现场风振实测结果,采用基于缩聚串联多自由度模型的荷载反演方法,反演得到输电塔在台风作用下的风荷载分布和地线、导线的动张力时程。     

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...     

绝缘子断裂对大跨越输电线路的动力效应

输电线路中的绝缘子由于外界多种因素作用可能会发生断裂,致使导线跌落,在导线下落过程中将对输电线路产生持续的动力冲击作用.以某大跨越输电塔为例,采用有限元方法建立了塔线模型,并对导线的跌落过程进行模拟.导线在自由跌落过程中存在明显的回弹,动力效应显著,部分杆件如挂线杆将产生较大的峰值应力,关于中轴面对称的杆件将产生摇摆效应.与地面接触的导线在跌落过程中也存在导线回弹现象,构件内力与导线自由跌落时相差不多.从能量角度解析了这两种导线跌落过程,并通过对比验证了导线跌落模拟的准确性.