输电铁塔强震抗灾能力分析

为评价输电铁塔在强震作用下的抗灾能力,以实际地震记录作为地震输入,采用直接动力法分析了1基500kV双回路典型铁塔在地震作用下的承载能力。分析结果表明:在基本设防烈度下,典型杆塔的地震作用荷载效应一般低于非地震作用的荷载效应,具有较好的抗震能力;在强震情况下,地震作用的荷载效应超出了杆塔的承载和变形能力。对于大跨越等抗灾能力要求很高的输电线路杆塔,建议设置更高的抗震设防目标,考虑强震作用下抗震性能设计;同时,对于横担悬臂较长的杆塔,抗震验算时应考虑竖向地震作用的影响。     

特高压酒杯型铁塔地震反应谱分析

特高压输电线路是生命线工程,但是现有的规范标准对特高压铁塔的抗震规定并不明确。为此对特高压建设中的典型杆塔酒杯型铁塔进行了模态分析和振型分解反应谱分析研究,使用了梁杆混合模型,考虑了地震作用效应与风荷载等其他荷载效应的组合,确定了地震作用下酒杯型铁塔的最不利杆件,通过在不同抗震设防烈度、不同的场地类型的条件下的振型分解反应谱分析,得到了地震荷载组合效应值与常规工况效应值的应力比,提出了特高压酒杯型输电杆塔抗震设防分级标准。研究表明,特高压酒杯型铁塔建立在8度以上地区时,需要进行抗震验算,对于不满足抗震要求的杆件,需要进行相应的加强。     

地震条件下计及杆塔结构可靠度的电网可靠性评估研究

地震会对电网造成破坏性影响,目前对于地震条件下电网可靠性评估主要进行抗震性能的分析,所得近似分析结果满足不了实际需要。在对地震条件下电网可靠性评估中考虑了输电杆塔结构可靠度与地震的传播性,采用有限元仿真手段直接分析了输电杆塔的结构问题;利用杆塔结构可靠度来计算输电线路故障率,在得到输电线路可靠性数据后评估了各个地震烈度下电力系统的可靠性;最后计及地震的传播性评估了电网的综合可靠性。地震条件下计及杆塔结构可靠度的电网可靠性评估模型可用于地震条件下电网薄弱环节的预警,为改善电力系统抗震性能提供参考。     

下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析

下击暴流会给输电线路造成巨大危害,已引发生多起倒塔事故。基于ASCE关于高强度风区域输电线路设计的相关规定,综合考虑下击暴流尺度特征和输电线路经济性设计原则,提出了下击暴流作用下输电线路的设计荷载取值建议。采用Vicroy风速剖面模型,计算得到了内陆和沿海地区典型输电铁塔在下击暴流作用下的风荷载。建立了输电铁塔空间有限元分析模型,通过结构受力分析,确定了输电铁塔在下击暴流作用下的受力特征和破坏模式。结果表明:下击暴流作用下,输电铁塔杆件应力主要由45°大风控制。对于设计风速较低的内陆地区,尽管铁塔结构高度不在下击暴流最高风速区域,下击暴流风荷载明显高于常规风,塔腿横隔面以上主材会首先发生破坏;对于设计风速较高的沿海地区,下击暴流风荷载低于常规风,下击暴流在铁塔设计中不起控制作用。     

输电铁塔等效缩尺模型风洞倒塌试验研究

输电铁塔作为典型的风敏感高耸结构,在强台风等极端天气中面临着结构失稳甚至倒塌的风险。为研究铁塔的风致响应及倒塌机理,本文开展了输电铁塔等效缩尺模型的风洞试验。通过研究模型在横向风荷载作用下发生局部杆件形变直至倒塌的整个破坏进程,分析了模型局部结构力学响应特性以及底部主材轴向受力分布情况,得到了风荷载作用下输电铁塔的结构薄弱点和主材轴向受力变化规律,并利用有限元仿真软件进行对比计算分析。结果表明,在横向风荷载作用下输电铁塔主材容易受到不均匀的轴向压力,增加了金属疲劳的概率,严重时会导致铁塔倒塌;输电铁塔塔身中下部主材在单向风荷载的作用下将会出现极大应变,对部分主材杆件进行补强加固能够有效增强铁塔抗风能力。     

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%。     

±800 kV直流特高压直线塔模型的导线断线试验分析

断线情况是输电线路杆塔重要荷载组合,其取值合理可使铁塔具备可靠的纵向刚度,保证其在大风、覆冰等恶劣气候条件下的安全运行能力。针对±800 kV直流特高压直线塔模型的导线断线模拟试验,研究了断线冲击荷载的传递特点,同时对直线杆塔断线荷载的合理取值进行初步探讨。     

塔腿加过渡段输电塔地震响应时程分析

以"成兰铁路阿坝松潘牵引站供电工程"500 kV的SZC4直线塔为研究对象,利用ANSYS有限元分析软件建立了1个平腿、2个常规高低腿和2个加过渡段高低腿输电塔空间有限元模型,采用时程分析法对输电塔的地震时程响应进行分析。计算结果表明,塔腿加过渡段输电塔与平腿输电塔相比自振频率有所降低,且降低幅度大于常规高低腿输电塔;由于塔腿加过渡段后输电塔的对称性变差,导致单向地震下垂直于地震作用方向的位移响应变大;塔腿加过渡段铁塔在三向地震下的某些杆件内力峰值有所增大,但与杆件的设计允许内力相比,9度设防烈度下受力最大杆件的地震力也只占到设计内力的36%,荷载组合后不会超出整塔的承载能力,地震效应不起控制作用。塔腿增加过渡段后,铁塔的竖向刚度变得不均匀,横隔面成为薄弱环节,高烈度地震设防设计时应对塔腿处及塔身的横隔面进行加强处理。     

±800 kV直流特高压直线塔模型的导线断线试验分析

断线情况是输电线路杆塔重要荷载组合,其取值合理可使铁塔具备可靠的纵向刚度,保证其在大风、覆冰等恶劣气候条件下的安全运行能力。针对±800 kV直流特高压直线塔模型的导线断线模拟试验,研究了断线冲击荷载的传递特点,同时对直线杆塔断线荷载的合理取值进行初步探讨。     

受风荷载控制的杆塔结构体系可靠度分析

受风荷载控制的杆塔结构可靠度可近似代表直线型杆塔结构的可靠度。在分析杆塔构件可变荷载效应与永久荷载效应比值范围的基础上, 用JC 法计算了我国500 kV 线路杆塔构件可靠度, 不考虑和考虑风荷载调整系数时分别为2.45 和2.85。考虑杆塔相邻节间主材构件的统材和杆塔的高度, 得到我国500 kV杆塔结构体系失效模式数为3～5。近似假设杆塔主材构件可变荷载效应与永久荷载效应同比例增加, 用串联结构体系Ditlevsen 算法计算了500 kV 线路杆塔结构体系的失效概率。计算表明: 我国输电线路杆塔结构的可靠度低于建筑结构可靠度, 在今后杆塔结构设计, 尤其是特高压杆塔结构设计中宜适当提高设计标准。     

新输电线路设计规范对杆塔设计的影响性分析

2020年国家电网基建部发布了一系列电网工程设计建设的技术标准,为探讨新规范对杆塔的影响,首先对输电线路工程影响较大的如电气、荷载等设计规范进行了分析,阐述其修订要点;接着对原杆塔通用设计采用数理统计分析方法,给出新规范对杆塔的影响.结果表明,本次输电线路相关规范的修订,对低电压等级的线路杆塔影响较大,无论是在电气间隙...     

输电塔线体系非线性地震反应分析

地震对输电塔线的安全运行产生了威胁。选择输电线路工程中常用的5A-ZM4猫头塔为研究对象,利用ANSYS软件建立两塔三线输电塔线体系有限元模型,计算塔线体系的自振频率和振型并分析影响其动力特性的主要因素。选用天津波、EI-Centro波、上海人工波3条典型地震波,通过调整加速度峰值的方法研究塔线体系的位移响应非线性行为以及弹塑性极限状态。分析结果表明,强震作用下塔线体系进入非线性极限状态时,塔顶最大位移主要集中在H/200~H/100（H为塔高）之间;塔身第2至第3横隔之间杆件将率先进入弹塑性极限状态,产生较大塑性变形,使体系表现出较强的非线性特征。     

大跨越输电塔线体系减震控制分析研究

利用有限元分析软件ANSYS,以跨越珠江的输电线路工程为研究背景,在输电塔上布置粘滞消能阻尼器和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),对比分析了在三向El-Centro地震波作用下有、无减震控制措施的输电塔位移和加速度地震响应。通过有关参数分析计算,分别得到了粘滞阻尼消能减震和调谐质量减震控制的最优粘滞阻尼系数和最优TMD质量,分析研究表明上述2种减震控制措施皆能明显衰减输电塔线体系的地震响应,具有比较理想的减震效果。     

输电铁塔主材加固方法试验

设计时间较早的塔型没有考虑风压高度变化系数,最大设计风速偏低。对原有铁塔进行加固补强,提高其抵抗大风的能力,保证铁塔的安全运行迫不及待。通过试验对背靠背主材加固措施进行探讨,考虑连接板形式以及连接螺栓个数对加固后承载力的影响,在试验的基础上提出加固优化方案,为同类塔型的加固补强提供参考     

地震作用下输电塔体系塑性极限状态分析

选用实际工程中常用的2种不同类型的输电铁塔,首先计算它们的动力特性,分析了影响动力特性的主要因素。根据简化抗震计算方法,分别研究了硬、中硬和软弱3类场地土条件下它们在侧向、纵向振动情形时的塑性极限状态,其中每类场地土选用2条地震波,每条地震波都通过调整加速度峰值的方法探讨输电铁塔的非线性行为以及塑性极限状态。分析结果表明,作为高耸结构的输电铁塔,塔架的主材和附材抗弯线刚度比值,塔架的根开尺寸对动力特性有较大影响,产生塑性应变的杆件集中于塔架的下部,且作为悬臂部分的横担在地震作用下也发生了塑性变形。     

大跨越输电塔极限承载力的双重非线性分析

通过考虑几何非线性和材料非线性来研究结构大变形以及材料强度富裕度对输电塔承载能力的影响,利用逐步加载的方式对某大跨越输电塔进行极限承载力分析,得到了荷载步一位移曲线以及极限承载力,分析结果表明所用方法是合理的,进行弹塑性分析更能接近输电塔实际结构的承载能力。     

降雨滑坡灾害对输电杆塔故障的时空强在线预警

针对山地丘陵地区的输电线路所处环境复杂,降雨滑坡灾害可能导致输电杆塔故障从而影响电力系统的安全稳定运行的问题,提出一种降雨滑坡灾害下的输电杆塔故障预警方法,从滑坡风险区域、滑坡活动时间以及杆塔受损状况三个角度实现灾害全过程的量化在线预警。首先,利用GIS技术将降雨预报区域和电网区域进行叠置获得目标风险区域,提出基于网格化的滑坡灾害指数来确定易滑坡区域;其次,结合气象数据分析渗入土壤中的降雨量逐日变化情况,构建动态更新的累积有效降雨量模型,进而提出可用于预测滑坡活动时间的滑坡概率模型;最后,以坡体冲击能为致灾强度、与输电塔挠度限值对应的弯曲变形能为抗灾性能,从功-能角度得到反映易滑坡区域输电杆塔损毁程度的定量函数关系。算例结果表明,所提方法具有一定的可行性和合理性。     

特高压输电线路直线塔结构分析与试验

为提高交流特高压输电线路的安全稳定性,计算分析了我国第一基1000kV交流特高压输电线路试验塔ZM2。通过该塔结构线性与几何非线性静力分析及动力特性分析,并结合真型塔试验,验证了该铁塔设计的可靠性,还对该铁塔在控制工况下的破坏过程进行分析。结果表明:ZM2试验塔结构数值分析结果与试验结果基本一致,数值分析可以很好地模拟结构荷载行为;该试验塔结构性能良好,能满足设计要求;ZM2塔结构几何非线性不明显,设计分析时可不考虑其结构非线性问题;塔身瓶口是ZM2铁塔的薄弱部位,应加强这一部位的设计分析。     

特高压交流同塔双回输电塔地震模拟振动台试验

为了分析地震作用下导、地线质量对特高压输电塔动力特性及其地震反应的影响,进行了特高压输电塔模型的地震模拟振动台试验。以某特高压输变电工程为背景,依据振动台试验相似理论,严格模拟了1 000kV特高压交流同塔双回输电塔,进行了不锈钢塔架模型的设计与制作。同时,针对地线及8分裂导线进行了相应的简化,制作了8个等效集中质量块悬挂在绝缘子下端用以模拟导地线质量。选取4种不同类型的地震动输入,针对单塔及单塔悬挂集中质量进行了8度罕遇烈度下的动力响应测试。试验发现,输电塔地震反应受所选地震激励类型影响较大;悬挂集中质量块后该型输电塔顺线路方向自振频率降低了5.7%,横线路方向自振频率降低了3.9%;单塔悬挂集中质量块后地震反应有所降低。导、地线质量的存在降低了输电塔的地震响应。     

采空塌陷区输电杆塔基础变形率限值研究

采空区地表塌陷会引起输电杆塔基础发生滑动、沉降等变形,严重时甚至会造成杆塔倒塌破坏。为研究采空塌陷区输电杆塔的破坏规律,分析了某500 kV线路在不同基础变形条件下的杆塔倾斜率、基础变形率。研究发现：基础变形率相比杆塔倾斜率能够更好地判断采空区输电杆塔的状态;杆塔的基础变形率限值在不均匀沉降下为0.5%,水平相对变形下杆塔轻微破坏为1.0%,严重破坏为2.0%。研究结果为采空区输电杆塔抗基础变形的承载力设计及杆塔安全状态监测与评估提供了重要参考。