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。     

多维地震作用下输电塔线体系多质点模型研究

探讨了考虑摇摆分量作用后,在横线向地震作用下,输电塔线体系的等效多质点模型(垂链模型)的合理性。为此,对考虑摇摆分量作用后的塔线体系的多质点模型(垂链模型)进行理论分析,并采用实际输电塔线体系的简化缩尺模型,进行单塔模型、三塔两线模型及单塔悬挂质量模型在水平和水平-摇摆两种地震作用工况下的振动台试验。结果表明:考虑地震动摇摆分量后,在横线向地震作用下,采用输电塔线的等效多质点模型(垂链模型)对输电塔线体系进行等效是合理有效的;输电线对输电塔主体结构的水平位移和加速度响应有一定的减弱效果,考虑摇摆分量后,这种减弱效果将会被削弱。     

地震作用下输电铁塔非线性动力反应分析

给出了考虑塔架几何非线性和材料非线性的分析方法.采用有限元分析软件ANSYS建立了沈阳地区某输电塔的有限元模型,并对该模型进行了非线性地震反应分析.分析结果表明,输电塔结构考虑导线影响后的动力特性有较大改变,非线性分析结果验证了导线的影响随着档距的增加而增大的结论,但与线性分析结果相比,输电铁塔顶点位移反应有了加大.因而,在输电塔结构抗震设计中,有必要考虑导线影响时的非线性分析.     

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.     

导线挡距对转角输电塔承载力性能影响研究

研究了导线挡距对转角输电塔承载力性能的影响。建立了一塔两线的输电塔线体系分析模型,采用NewtonRapshon迭代法进行了塔线体系的几何非线性承载力分析。以某220kV大跨度转角输电塔为实际工程背景,研究了导线挡距变化下结构的非线性承载力性能。进一步进行了导线挡距效应的参数研究,考察了相邻挡距导线的挡距变化对塔身主要受力构件的轴应力的影响。研究表明转角输电塔主要受力杆件的轴向应力随着长导线挡距的变化而发生线性变化。即使对于同一输电塔而言,结构中主要受力杆件的承载力状况存在很大差别。在设计分析评估中有必要针对其具体受力特性进行详细的非线性有限元参数研究以确定各个杆件的不利荷载工况和优化的导线参数。     

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.     

转角输电塔线体系的断线效应研究

研究了某大型转角输电塔线体系在断线作用下的动力效应特点。首先基于三维空间索单元和空间梁单元建立了转角输电塔线体系的分析模型。在此基础上建立了输电塔线体系考虑断线效应的动力分析方法。以中国某220kV大跨度输电转角塔为工程背景,采用ABAQUS软件研究了塔线体系在不同断线工况下的动力响应的特点和规律。结果表明,输电转角塔发生断线损伤所引起的动力冲击效应较为显著。随后导线的轴向应力迅速减小,在经历振荡后塔线体系在新的位置处于内力和位移平衡状态。因此,在转角输电塔线体系的承载分析过程中应充分考虑断线事故所引起的冲击效应。     

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。     

直线输电塔横梁变化抗震性能反应分析

输电塔结构性能比较高效,适用性很强,广泛地应用到电力工程中。采用SAP2000对横梁数量不同的三种输电塔结构在地震作用下进行动力时程分析,比较几种输电塔结构的抗震动力响应。计算结果表明,随着横梁数量变多,输电塔的整体刚度就变大,模态分析中的周期减小,同时结构的顶点位移和加速度也减小了,可是,结构的钢材料杆件的轴力和固定支座的反力却增大了,因此在地震中,横梁数量越多,结构抗震性能不一定越好。要合理布置横梁数量,优化结构抗震性能。     

极限强风荷载作用下输电杆塔节点承载力研究

研究了极端强风荷载作用下输电杆塔连接节点的承载力特性。首先基于非线性有限元理论建立了输电塔线体系的分析模型,随后采用随机模拟方法建立了输电塔线体系强风荷载模型和荷载模拟方法及输电塔线体系风致响应的分析方法。进一步地建立了输电杆塔连接节点的精细化有限元模型及其承载力的非线性分析方法和非线性迭代收敛准则。以南方沿海地区某实际输电线路为工程背景,研究了极端强风荷载作用下杆塔节点的承载力特性。结果表明:极端强风荷载作用下输电塔发生损伤破坏,此时连接节点处也进入塑性,其承载力也表现出了非线性特点。     

多点激励下高烈度区接触网系统地震响应分析

以某高烈度区电气化铁路接触网系统为研究对象,建立考虑材料非线性和几何非线性特性的三维柱-线有限元模型.采用SMIQKE-II软件合成与规范反应谱相吻合的空间相关地震动时程,基于相对位移法进行接触网系统在一致激励、相干激励、行波激励和多点激励下的非线性时程分析,对比研究系统关键部件在不同地震激励模式下的响应规律.结果表明,多点激励明显放大接触网系统的地震响应,对接触线横向位移响应的放大最为显著,对支柱底部应力的放大相对较小;接触网系统地震响应的放大程度主要取决于激励方式与视波速的大小;为了得到接触网系统各关键部件的最不利地震响应,应该综合考虑多点激励的影响和场地条件,以选择合适的视波速进行抗震分析.     

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.     

体育场挑篷结构多维地震随机响应分析

运用了多维虚拟激励随机振动分析方法,详细介绍了多维地震动随机模型的确定及其相关参数的选取.对济南奥林匹克中心体育场看台这一具有代表性的体育场挑篷结构进行了多维地震随机响应分析,给出了均值响应和峰值响应的评估方法,比较了挑篷结构在单向和多向地震动输入下的关键节点位移反应,计算结果表明,多维地震动会明显加大结构的响应.将虚拟激励法的计算结果与时程法的进行比较,两者的计算结果吻合较好.多维虚拟激励法作为一种高效的随机振动分析方法,为对大型体育场挑篷这类结构进行多维地震随机振动分析提供了有效的途径.     

Strong ground movement induced by mining activities and its effect on power transmission structures

Surface mining activities may introduce damages to nearby infrastructure. Concerns are put forward by the power company about structural integrity of electric power transmission structures in areas where coal mining activities cause strong ground vibrations. Common practice in the power industry is to limit ground motion by specifying maximum Peak Particle Velocity. So far, there is a lack of industry-wide recognized guidelines on how ground vibration limits should be set for the transmission structures. In order to develop a defense strategy to protect power transmission lines against strong ground motions in mining areas, a systematic research work was conducted to establish strong ground vibration characteristics and to study impacts of ground excitations on transmission pole structures. Ground movements were recorded using geophones and wireless tri-axial sensing units. The process of generating ground motion response spectra via analyzing actual ground motion measurements is described in the paper. These spectra developed based on peak particle velocities were used as a basis for spectral analysis performed using validated Finite Element models to obtain structural displacements, reactions and stress states of the transmission pole structures in the mining sites. A quantitative ground motion limit was established by comparing structural responses with the corresponding design requirements.     

2022年泸定地震某隔震建筑内非结构构件震害模拟分析

在2022年9月5日四川泸定地震中，位于震中近断层场地的一栋采用隔震设计的建筑内部非结构构件发生不同程度的破坏。非结构构件作为整体结构经济价值占比重要组成部分，减小其地震损伤对于建筑震后功能恢复至关重要。为此，本文在介绍该建筑内部非结构构件主要震害的基础上，采用二阶段级联分析方法。第一阶段在Etabs中建立一8层框架-剪力墙结构有限元模型，基于实测邻近台站近断层强震记录的非线性地震反应分析，模拟该建筑各楼层地震响应。第二阶段以建筑内部文件柜等常见浮放式非结构构件为原型，在OpenSees中建立零长度转角弹簧模型，基于上一阶段的结构楼面加速度响应作为输入，模拟建筑内部不同尺寸高宽比非结构构件的摇晃与倾覆响应，并同时考虑水平单向输入与水平-竖向双向输入两种方式，以重点考察近断层地震强竖向分量的影响。结果表明，隔震层能有效降低上部结构的水平楼面加速度响应，但竖向楼面峰值加速度相比竖向地面峰值加速度被显著放大；水平与竖向激励同时输入下浮放式设备的摇晃角度与倾覆概率大于水平单向激励输入的情况，考虑竖向激励的作用后会增大浮放式设备的破坏风险。因此，在近断层场地进行建筑抗震设计时，强竖向地面运动对内部非结构构件的影响不容忽视。     

装配式轻钢框架-轻钢桁架结构振动台试验研究

为研究装配式轻钢框架-轻钢桁架结构的抗震性能及桁架式"L"形柱的震坏机理,进行了一座两层房屋的足尺模型振动台试验.对模型进行42个工况的地震波输入,运用模态分析理论识别了模型结构的动力特性,分析了加速度响应、位移响应和应变响应的变化规律.研究表明:在地震波加速度峰值从0.07g逐渐增大到0.9g的过程中,结构自振频率逐步下降;加速度放大系数逐渐降低;最大层间位移出现在首层,在8度基本地震动和8度罕遇地震动时的最大层间位移角分别为1/268和1/164,低于多层钢结构的弹性层间位移角限值和弹塑性层间位移角限值;结构能满足"两阶段、三水准"的抗震设防要求.模型中的桁架式"L"形柱在8度基本地震动时处于弹性状态,在8度罕遇地震动时有部分桁架节点处焊缝开裂并进入塑性状态,在9度罕遇地震动时结构塑性变形加大但仍有一定安全储备,在9度极罕遇地震动时刚度严重退化.结构在经历了渐进的塑性变形过程后,仍保持一定的承载能力,具有较好的延性,可在高设防烈度地区应用.     

地震载荷作用下转子轴承系统动力响应特性

以某汽轮机转子-轴承系统为研究对象,考虑轴系陀螺力矩和转动惯量的影响,建立了转子-轴承系统动力学有限元模型。通过在X方向和X-Y方向输入不同的地震动峰值加速度并改变相位角的方法,研究了转子-轴承系统在地震激励下的动力响应特性。分析了转子-轴承系统关键节点的等效应力和位移变化趋势,讨论了地震载荷作用下汽轮机转子-轴承运行的安全性,旨在为转子-轴承系统的抗震设计提供一定的理论参考。     

钢筋混凝土掉层框架结构多点输入地震响应特征分析

山地建筑不同标高基础的地震动存在差异,其对山地建筑地震响应的影响程度有待研究。以自贡地形台阵为背景,以该台阵采集的汶川地震记录为输入,设计4组空间钢筋混凝土（RC）掉层框架结构。分别按上接地地震动的一致输入、下接地地震动的一致输入、上接地与下接地不同地震动的多点输入开展了算例结构的弹性和弹塑性时程分析。将一致输入结构响应与多点输入结构响应之比定义为结构地震响应差异系数,从结构地震响应差异系数、破坏特征等方面分析了多点输入对岩石地基基础上的空间RC掉层框架结构地震响应的影响。结果表明：弹性分析时,基本周期较长的RC掉层框架结构侧向变形和层剪力的地震响应差异系数在0.85~1.12之间,基本周期较短结构的侧向变形和层剪力的地震响应差异系数在0.38~1.22之间,按一致输入地震动设计的RC掉层框架结构可能偏不安全;弹塑性分析时,多点输入下RC掉层框架结构的地震响应与一致输入下的有明显差异,最小差异系数可到0.27;在极罕遇地震作用时,多点输入下RC掉层框架结构底部的破坏状态比一致输入下严重,宜对其掉层部分和坎上1层进行适当的抗震加强。     

地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响

由于采用现有方法较难获取地震动扭转分量,当前研究往往忽略了扭转分量对大跨度桥梁结构地震响应的影响,然而由于大跨度桥梁的长周期、跨度大等原因导致其往往易发生扭转破坏,现有的研究针对这一方面是十分匮乏的。本文为定量、准确的展现地震动扭转分量的作用效应,以某大跨度斜拉桥为例,采用正态分布拉丁超立方抽样方法,基于OpenSees建立了考虑地震动强度不确定性、材料参数不确定性的15个斜拉桥有限元模型。从PEER地震数据库中选取了15组三向平动、含脉冲效应的近场地震动记录,利用弹性波动理论中的频域法根据地震动平动分量获取相应的扭转分量,并以此分为两种工况对结构进行非线性动力时程分析得到桥梁地震响应。其后,在确定损伤指标的基础上,基于概率需求分析法绘制了桥梁关键构件的地震易损性曲线。结果表明：地震动扭转分量对大跨度斜拉桥易损性影响显著,损伤变化程度与构件种类、损伤方位均有明显相关性。其中桥塔中部截面对地震动扭转分量的敏感程度最高,扭转分量所导致的损伤概率增幅高达22.12%。扭转分量亦对塔底截面和边墩底截面(横桥向)具有较高破坏作用,损伤概率增幅最大值分别达到17.33%和19.45%。针对主梁及其纵向约束构件,地震动扭转分量则使其损伤概率略有降低。