下击暴流作用下输电导线的动力响应研究

通过采用Oseguera模型,建立下击暴流的风速模型,同时建立基于三节点索单元的输电导线非线性有限元分析模型。在此基础上以某实际大垂度输电导线为工程背景,采用Newmark-β法研究了输电导线的下击暴流风致响应的的特点和规律。结果表明:在下击暴流风荷载作用下输电导线的动力响应非常显著,输电导线的下击暴流风致效应主要由纵向风荷载控制,其纵向荷载作用所引起的结构动力响应占据了结构总响应的绝大部分。     

建筑结构抗下击暴流研究综述

介绍国内外对建筑结构抗下击暴流研究的主要科研成果, 从现场实测、解析模型、数值模拟、风洞试验和结构的风振响应分析5个方面展开论述, 关注与人民生产生活息息相关的各类建筑结构, 系统总结现阶段国内外对结构抗下击暴流的研究进展和存在的问题。对建筑结构抗下击暴流的研究方向进行了展望。     

猫头型输电杆塔下击暴流风荷载模拟研究

研究了猫头型输电杆塔下击暴流风荷载模型。首先采用确定性-随机性模型,将下击暴流风速视为确定性时变平均风速和调制随机非平稳脉动风速的组合。采用Oseguera模型建立了下击暴流平均风速模型,进一步的假定下击暴流脉动风服从高斯分布,将其表示为幅值调制函数和高斯随机过程的乘积。在此基础上采用谐波叠加法模拟了下击暴流风荷载,通过引入FFT变换可以极大地提高数值模拟的效率。以南方某实际猫头型输电杆塔为工程背景,研究了其下击暴流风荷载的特点和规律。结果表明:下击暴流近地面风场中风速随着高度的增加而增大。下击暴流的风速与距风暴中心的距离相关,测点位置距下击暴流风速的径向距离越大,下击暴流强度越小。输电线路的下击暴流风荷载强度显著,将对结构体系的服役安全造成较大威胁,因此应充分考虑下击暴流所引起的灾变效应。     

一次下击暴流天气的多普勒雷达资料分析

利用多普勒雷达基本反射率、径向速度资料以及径向速度计算的风切变结果,对一次典型的下击暴流天气过程进行了分析.结果发现：强对流单体合并加强形成弓状回波,在弓状回波前沿反射率因子梯度大值区产生下击暴流,造成地面强风灾害;下击暴流过程中,中层以上一直存在强度不断增大的径向风辐合,为系统发展提供动力支持;下击暴流发生时,底层会出现相应的径向风辐散,是地面大风的直接反应;高低层垂直切变反映了强对流单体内部风场配置结构为底层有较强的暖湿入流、高层有明显的上层出流、中层以上升气流为主,这样的流场配置正是一般强对流单体中的常见特征.     

下击暴流作用下低矮建筑风荷载大涡模拟

采用大涡模拟方法,研究非稳态雷暴风作用下低矮建筑的风荷载特征,分析下击暴流的不同发展阶段中建筑物所在的径向位置、屋面坡度和风向角等参数对建筑风荷载的影响. 结果表明：下击暴流各发展阶段风荷载效应差异显著,当气流冲击地面后形成的首个环形涡掠过建筑时,建筑表面风荷载最大;当建筑物处于不同径向位置时,环涡经过建筑物形成的瞬态风压与同样位置处稳态射流作用下的风压差异较大;屋面坡度对迎风面风压系数分布影响较小,但对迎风侧屋面风压系数分布的影响非常显著,随着屋面坡度的增大,迎风屋面风压系数由负值逐渐变为正值;建筑物迎风前沿角部区域的风压系数受风向角的影响较为明显,在所测试的工况中,风向角为45°时影响最为显著.     

实测下击暴流风场特性分析

目前下击暴流风场特性的研究大多是围绕风速模型和部分风场特性展开,较少涉及风场特性与平均风速之间的关系、不同风场特性之间的相关性以及与大地边界层近地风特性的比较研究.基于下击暴流实测风速数据,运用滑移平均法提取下击暴流的时变平均风速,进而获得脉动风速.在此基础上,研究下击暴流的紊流度、紊流积分尺度和阵风因子的特性,并分析...     

基于疲劳累积损伤的输电塔结构剩余寿命估算

建立了风力作用下输电塔结构剩余寿命的估算方法。由于输电线塔体系存在高度的非线性,因此本方法基于疲劳累积损伤的基础理论,通过分析模拟风荷载作用下的三塔两线有限元模型,获取结构构件实时累积损伤,然后依据实时累积损伤对输电塔结构服役期间每年度对应的剩余寿命进行估算。仿真分析表明,该方法可有效解决输电线塔结构的剩余寿命估算问题。     

下击暴流风荷载的数值模拟

下击暴流是危害输电塔等高耸结构安全的主要强风荷载.由于目前缺乏实测的下击暴流相关数据及其统计特性,因此在前人基础上探讨了下击暴流强风荷载的数值模拟方法 .在将下击暴流分解为一个确定的时变平均成分和一个调制非平稳的脉动成分的前提下,研究了平均成分的特点和模拟方法,并采用引入FFT变换的改进的谐波叠加法来模拟调制非平稳的脉动成分.最后模拟了作用在某输电塔结构上的下击暴流荷载时程.     

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.     

基于小波包分析的输电塔螺栓松动损伤识别方法

高压输电铁塔结构健康监测对保证输电线路安全运行具有重要意义,输电塔结构发生破坏时,节点板螺栓首先会发生松脱,有必要对节点板上的螺栓进行损伤识别。用ABAQUS有限元分析软件建立输电塔结构多尺度模型,利用小波包变换,引入小波包能量变化率作为损伤识别指标,提取出螺栓周围测点的动应变数据,对塔腿处一块节点板螺栓松动的不同工况进行损伤识别;以基于物联网技术的传感器为信号传输设备,利用高精度的PVDF压电薄膜应变片为数据采集设备,在实际输电塔结构底部施加激励荷载,提取节点板上测点的动应变对该损伤识别方法进行试验验证。结果表明,该损伤识别指标对测点附近的螺栓松动较敏感,并且在所有测点处的最小值能较好地识别出节点板的损伤程度。     

输电钢管杆加挂通信天线后结构安全裕度评价

运用结构安全裕度评价城市内加挂通信天线的输电杆塔,是解决现行输电杆塔结构校核周期长、成本高的有效途径。文章通过道亨满应力设计软件有限元建模分析了江苏省省网输电钢管杆2E2模块6种塔型,并对比加挂天线前后钢管杆的结构受力特性,提出了杆塔应力及挠度安全裕度风险评价方法。结果表明:省网2E2模块输电钢管杆具有加挂通信天线的可行性;其模块中初始安全裕度由高到低依次为终端塔、转角塔、直线塔,应优先选取终端塔或者转角塔作为加挂对象。     

雷暴冲击风对输电塔的作用特征

基于Chen和Letchford的冲击风风场模型和准定常假设,提出了作用于输电塔的雷暴移动冲击风风荷载模型。对某一实际工程中的典型输电塔结构建立空间有限元模型,分析冲击风风荷载对输电塔的作用特性,得到了冲击风作用过程中输电塔构件内力及其随时间的变化,并与设计中采用的典型大气边界层风荷载作用进行了比较;对冲击风风场模型参数进行了敏感性分析,研究了风场变化对输电塔作用的影响。     

高压输电塔线体系覆冰的研究现状与展望

高压输电线路覆冰是一种严重的自然灾害,覆冰断线冲击和振荡会引起倒塔,导致供电线路瘫痪,造成巨大经济损失.研究覆冰情况下的输电塔承载力具有重要的工程和社会意义.在查阅大量文献的基础上,总结了国内外线路覆冰的研究现状,归纳了覆冰的分类,讨论了输电塔架结构的分析模型,阐述了研究高压输电线路覆冰的必要性,指出了现阶段研究中存在...     

高压输电塔线体系覆冰的研究现状与展望

高压输电线路覆冰是一种严重的自然灾害,覆冰断线冲击和振荡会引起倒塔,导致供电线路瘫痪,造成巨大经济损失。研究覆冰情况下的输电塔承载力具有重要的工程和社会意义。在查阅大量文献的基础上,总结了国内外线路覆冰的研究现状,归纳了覆冰的分类,讨论了输电塔架结构的分析模型,阐述了研究高压输电线路覆冰的必要性,指出了现阶段研究中存在...     

鼓型输电塔的模态分析及地震荷载下的响应

为研究输电塔的动力特性,以新密市煤炭局某一输电线工程为背景,利用ANSYS有限元分析软件建立鼓型输电塔的三维模型,研究角钢朝向对结构自振频率的影响,并进行了输电塔的模态分析及在地震作用下的瞬态分析.结果表明:角钢不同朝向对塔的自振频率有一定影响;由于振型的多样性,鼓型输电塔的动力特性较为复杂;在地震激励下,结构横担下局部区域位移和加速度均较大,局部刚度较小.这为进一步对鼓型输电塔的结构优化、修改和加固提供了可靠的理论依据.     

鼓型输电塔的固有模态及地震荷载下的动力学响应分析

为研究输电塔的动力特性,以新密市煤炭局某一输电线工程为背景,利用ANSYS有限元分析软件建立鼓型输电塔的三维模型.研究了输电塔固有模态及在3种典型地震作用下的瞬态分析.由振型的多样性显示鼓型输电塔的动力特性较为复杂;在地震激励下,结构横担下局部区域位移和加速度均较大,显示局部刚度较小;在水平方向上,El-centro波对输电塔的加速度影响比其他两种地震波要大.研究结果为鼓型输电塔的结构优化、修改和加固提供了可靠的理论依据.     

高压输电线路中输电塔塔基的模型制作及其承载性能的实验研究

针对葛洲坝水利枢纽至武昌500kV输电线路（葛武线）输电塔塔基改造中出现的问题,以ZB41型杆塔为原型,利用室内制作的模型装置对大板基础和大板＋微型桩（板桩）基础两种形式的杆塔塔基承载性能进行了实验研究。结果表明,大板基础和板桩基础的地基土竖向承载力均达到设计要求,但大板基础的抗水平承载性能不能满足设计要求;板桩基础抗水平承载力是大板基础抗水平承载力的3倍多;板桩基础方案达到了葛武线输电塔塔基改造的设计要求。     

考虑各向异性损伤的统一弹塑性损伤模型

采用基于连续介质热力学与连续介质力学的宏观唯象理论的研究方法,引入俞茂宏相当应力,建立了各向异性损伤的统一弹塑性损伤模型和损伤演变相当应力模型,该模型考虑了材料的拉压异性与中间主应力效应,并将静水应力效应与偏应力效应分开考虑,符合从岩土到金属等各种材料实际,具有很广泛的实用性.     

基于精细时程积分的输电塔风振响应下的拓扑优化

为了解决输电塔的动力优化问题,提出了基于精细时程积分法的动力拓扑优化方法.以某特高压输电塔为实例,建立了输电塔在模拟风作用下的运动方程,并采用精细时程积分法求得风振响应.以求得的动力响应约束为条件,运用遗传算法对输电塔进行了拓扑优化,即对输电塔的截面尺寸、根开和塔身拓扑构型进行优化,并考虑截面、根开和构型耦合因素,运用M atlab编程实现了输电塔杆件布置最优,结构优化后用钢量减少了7.81%.该方法既保证了输电塔结构的安全性,又降低了输电塔的用钢量.     

悬挂质量摆对大跨越输电塔的风振控制

为了研究被动控制装置对格构式高耸结构的控制效果，提出了一种悬挂质量摆风洞试验模型.基于控制减振机理和结构风振控制方程，进行了悬挂质量摆对输电塔结构风振控制的全塔气动弹性模型试验.采用Simiu脉动风速功率谱密度函数，利用三角级数法模拟了节点风速时程.根据准定常理论，计算了悬挂质量摆控制前后结构顺风向的加速度时程和均方根(RMS)，并进行了参数优化分析.研究结果表明，由模拟风载计算得到的塔顶RMS与试验结果吻合较好，该质量摆模型可有效减小输电塔的风振响应.