地震作用下导线对输电塔非线性分析的影响

建立了有限元模型,对常用的双回路输电塔-线体系进行了动力特性分析。研究了地震作用时输电塔-线体系在各个档距和不同阻尼比下,导线对塔架非线性性质的影响。研究表明,在输电塔抗震设计中,应充分考虑非线性。     

沿海强风区高柔铁塔偶联动力特性分析

论文研究了沿海强风区高柔铁塔的塔线偶联动力特性问题。首先建立了输电铁塔的力学模型,然后基于有限元理论建立了塔线体系有限元分析模型。以中国南部沿海某大跨度输电铁塔为工程背景,研究了有无输电线时铁塔动力特性的差异。研究表明:输电转角塔的塔线偶联效应较为显著,导线对铁塔自振频率存在一定程度的影响。     

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。     

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。     

±800 kV特高压输电塔动力特性分析

针对在输电塔杆塔结构设计和动力特性的研究中难以通过理论分析和数值模拟准确获得塔身动力响应的问题,基于±800 kV特高压直流输电工程直线塔,建立塔-线-基础体系有限元模型,采用p-y曲线法建立离散非线性弹簧模拟土体对结构的影响,对比分析了单塔、三塔两线、塔-线-基础体系等不同计算模型的特高压输电塔的动力特性,并与现场试验结果进行对比。结果表明,输电线的质量和刚度对输电塔的动力特性有一定的影响,塔线耦合作用不可忽略。考虑桩-土相互作用使输电塔自振频率降低。与单塔模型相比,塔-线-基础体系模型计算得到的频率相对较小,与实际测试频率更为接近,验证了塔-线-基础体系模型的合理性。     

大跨越输电塔线体系地震时程响应研究

本文针对国外某大跨越输电塔线体系,利用ANSYS15.0软件建立了导线、单塔和塔线体系模型。然后,进行了动力特性分析,发现导地线的质量作用使塔线体系中跨越塔的自振频率降低,且在横导线方向降低幅度更大。最后,采用时程分析法对单塔及塔线体系进行双向输入地震响应分析。发现导地线对钢塔顺导线与横导线方向地震响应的影响程度不同,塔线体系的顺导线方向是结构抗震更为不利的作用方向;两种体系大部分杆件轴力峰值的差别不大,但对于部分控制杆件的轴力,塔线体系的结果比单塔体系小,说明输电线对塔线体系的抗震起到有利作用。     

输电塔线体系动力特性及其影响因素分析

基于输电塔-线体系有限元模型,分析了不同塔型输电塔挂线前后的振型频率,并研究了输电线质量、跨度以及垂度对其振型频率的影响。结果表明:输电线对塔的影响表现为系统刚度矩阵和质量矩阵改变的双重效应;输电塔频率随输电线档距的增大而降低,但其不受输电线垂度的影响;总体而言,输电线对输电塔出平面频率影响显著,对在平面影响较小;绝缘子长度增大会使输电塔频率略有降低,塔线体系需要考虑绝缘子的影响。     

铁塔对重冰区双回输电线路脱冰跳跃的影响研究

为研究铁塔对重冰区高压双回输电线路脱冰跳跃的影响,以重冰区220 k V双回输电线路为对象,分别建立导线-绝缘子模型及考虑铁塔影响的塔线体系模型,并对比分析两种模型的计算结果。通过对比发现,无论是否有风,导线-绝缘子模型脱冰档导线的跳跃高度较塔线体系模型大,而未脱冰档导线的跳跃高度却小于塔线模型,并且差值均随着脱冰率的增大而减小。除此之外,改变铁塔的刚度,发现其跳跃高度变化很小。这说明铁塔的刚度对于塔线体系模型的计算结果影响很小,进一步说明造成两种模型差异的主要原因是塔线耦合效应。     

特高压输电线路动态风偏响应及参数影响分析

输电线路风偏响应与线路结构参数密切相关,研究特高压输电线路的风偏响应规律有助于防范闪络事故的发生。通过风洞试验测定特高压输电线路八分裂导线和绝缘子串的气动力参数。建立连续多跨特高压输电线路风偏响应分析的两阶段频域法,即先以非线性有限元静力计算确定平均风作用下的导线静态风偏响应,随后以该状态下导线的构型和刚度为初始条件,引入考虑面内振型影响的气动阻尼,在频域中通过线性动力计算方法进行导线的脉动风偏响应计算。该两阶段频域法与直接时域法相比计算效率大为提高,同时可保证计算精度。以特高压1000kV南荆I线为研究对象,构建四跨导线-绝缘子串有限元模型,考虑到连续多跨导线频率密集和模态复杂的特点,以能量法确定参与模态数,详细分析不同档距、挂点高差和运行张力条件下绝缘子串风偏角的变化规律,并分析规范中刚性直棒法的不足。结果表明,当线路杆塔存在高差时,呼高低的塔处于风偏的不利位置,更易发生风偏闪络事故;低呼高塔的绝缘子串风偏角会随着相邻塔呼高和线路运行张力的增大而增大,但随着相邻档档距的增加略有减小。相较于档距的变化,风偏角对挂点高差的变化更为敏感。     

大跨越输电塔体系的动力特性

大跨越输电塔-导线体系与一般的土木工程结构不同,最显著的特点是它由导线和各个钢塔连接而成的连续体.在地震作用下,由于相邻塔架的相互影响,输电塔-导线体系是一种复杂的空间塔-线耦联振动体系,对它进行精确计算十分困难而且复杂.本文在文献[1]和[2]的基础上,给出该种体系更一般的动力分析计算简图,导出了振动方程.最后结合具体例子,分析了该体系的自振特性,并与实测结果进行了比较.     

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。     

输电塔风致响应数值模拟研究进展

输电塔是输电线路中重要的承重设施,其结构安全性直接关系到国家电网和输电线路的正常运行。目前针对输电塔风致响应主要通过现场实测、风洞试验和数值模拟等方法进行研究。随着计算机技术和数值方法的发展,对输电塔风致响应特征进行数值模拟分析开始被广泛应用并取得了大量研究成果。相关的数值模拟研究先通过建立对应的风荷载模型和结构模型,然后以有限元方法分析结构动力响应特征和研究对应的风振控制方法,因此从风荷载模型、结构模型、动力响应特征和风振控制研究等方面总结输电塔风致响应数值模拟研究进展。近地面风场的平均风和脉动风模型是构建结构风荷载的基础。针对平均风主要采用指数型和对数型风速剖面模型,而脉动风则主要根据相关的脉动风谱进行模拟。在不同极端气象条件下,风场表现出不同于良态风的风场特征,对应的平均风和脉动风模型需要进一步根据实际情况研究。构建输电塔风荷载还需要结合相关的结构参数,其中塔体结构整体挡风效应以及塔体构件之间的遮挡效应可通过流场模拟进行分析研究。对输电塔塔体结构建立有限元模型时,通常可将之视为刚架结构和桁梁混合结构,而利用桁架结构进行模拟的误差较大。输电塔所承受的荷载除了风荷载等外部环境荷载外,还应考虑输电线对塔体结构作用带来的影响,因此需建立塔线耦合体系对实际输电线路中塔体结构特征进行模拟。在构建塔线体系有限元模型过程中,可结合悬链线理论和导线水平张力对导线进行建模和找形。基于风荷载模型和结构模型可进行塔体风致响应分析,结构动力特征会对风致响应产生重要的影响,其中导线对塔体的作用使得整体体系的结构动力特征更加复杂。对于不同来流风向条件下输电塔的风荷载,我国相关规范有对应的计算系数和分配系数,而在塔线耦合体系中,风向对塔体结构风致响应的影响更显著。根据是否需要外界能量输入,结构风振控制分为主动控制、被动控制和混合控制。迄今为止,被动控制特别是调谐质量阻尼器仍然是对输电塔风振控制的主要方法,其中阻尼器的自振频率应与塔体自振频率保持一致,风振控制效果才能达到最佳,但是塔线耦合作用使得风振控制的优化更为复杂。此外,还对未来可能的研究方向进行了展望,进一步研究特殊天气风场特征、开发更可靠的有限元建模方法、深入研究塔体扭转向及沿线向响应特征、优化TMD设计参数和布置方案等都应是未来重要的研究方向。     

土-输电塔-线体系在地震动差动作用下的地震反应分析

首先,建立土-输电塔-线体系的三维空间有限元模型,土、输电塔以及导(地)线分别采用实体单元、梁单元和索单元;然后,根据场地条件并依据GB 50260—96《电力设施抗震设计规范》生成支座位置的非平稳空间地震差动;最后,对该结构体系进行空间差动激励下的地震反应的时程计算。由分析结果可以看出:1)考虑土的共同作用后,与塔-线结构体系相比,土-塔-线结构体系的自振特性变化很小,说明对于这种高柔结构而言土层对结构的自振特性影响可以忽略不计。2)无论是对于塔-线结构体系,还是土-塔-线结构体系,差动因素增大输电塔的底部杆件的弯矩和剪力,这说明差动作用在工程中是需要考虑的;3)与结构自振特性分析结果不同,对于结构的动力响应而言,土-塔-线体系中塔的内力(弯矩和剪力)均比塔-线体系中塔内力大,这说明土层对地震动输入有放大作用。     

输电塔线体系动力特性及其风振响应的分析

利用有限元软件ANSYS,对实际工程中的某一直线塔分别按照角钢塔。钢管塔两种不同杆件形式建立空间非线性有限元模型,对比分析了单塔及塔线体系的动力特性,探讨了角钢塔与钢管塔动力特性的差异。对单塔和塔线体系模型进行风振响应时程计算,并对位移,加速度响应进行了对比分析。研究表明:角钢塔1阶振型频率较钢管塔高,但高阶振型频率较钢管塔低,输电塔单塔模型各阶振型频率与塔线体系模型差别不大,进行动力特性分析时,可直接按照单塔模型计算;但要对塔线体系进行风振响应分析时,应按照工程实际情况,建立一个完整的耐张段来分析。     

不同覆冰状态下输电塔线体系脱冰及断线受力分析

输电线路脱冰及断线对输电塔线体系所造成的影响一直受到人们的关注。利用ANSYS建立四塔三线的输电塔线体系有限元模型,计算不同工况下的输电塔线体系脱冰、断线过程,分析脱冰和断线的受力规律。结果表明:线路中上、下两排导线间距低于两排导线脱冰振动幅度的总和,可导致线路接触闪络;导线脱冰后导线张力振荡减小,并且振荡部分峰值会超过初始状态值;单根导线断线产生的冲击荷载大于两根导线断线产生的冲击荷载。     

大跨越输电塔-线耦联体系风洞试验气弹模型设计研究

以榆横-潍坊1 000 k V特高压交流输变电工程线路工程为实际工程背景,研究大跨越输电塔-线耦联体系风洞试验气弹模型设计。采用离散刚度法设计输电塔气弹模型,并用自由振动法测得单塔气弹模型的自振频率。通过引入导线缩聚系数解决缩尺模型跨度过大问题,调整输电线垂度满足频率比要求。     

基于能量法的下击暴流作用下输电塔线体系失效 倒塌研究

对下击暴流作用下的输电塔线体系进行了基于能量法的失效倒塌分析。采用ABAQUS软件建立了 “一塔两线” 的输电塔体系有限元模型; 基于改进的OBV模型的时变平均风速模拟方法,推导并得到了输电塔及导线各节点的下击暴流风速时程曲线; 采用基于特征能量的动力稳定性判别方法对塔线体系在3个不同风速的下击暴流动力工况时的响应进行分析,确定了下击暴流作用下输电塔失效的时刻,探讨了大跨越输电塔线体系的失效倒塌机制。结果表明:采用能量法对结构体系进行分析时,最后一次特征能量超过输入能量的时刻即为结构的失效时刻; 基于能量法对下击暴流作用下的输电塔线体系进行分析,可以快速准确地判断输电塔线体系整体失稳倒塌的时刻,具有较强的工程实用价值; 在倒塌时刻,主材失稳引发的薄弱区域杆件部分失效会导致输电塔的整体失稳,最终使结构失效倒塌。     

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。     

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。     

考虑桩–土–结构动力相互作用的输电塔线体系简化抗震计算模型

提出了考虑桩–土–结构动力相互作用的输电塔线体系简化抗震计算模型。采用附加质量法对导线进行简化,用改进的集中质量模型来模拟输电塔下部结构,建立了桩–土–塔–线体系简化抗震计算模型。以一具体输电塔为例,在三种不同的场地条件下,分别采用本文的简化模型和文献[5]的整体模型对桩–土–塔–线体系在地震作用下的动力反应进行对比分析。结果表明,简化模型与整体模型的计算结果吻合较好,且可以大大提高计算效率,节省计算时间;在软弱、中硬场地,导线对塔体反应影响显著,不能忽略。有关研究成果可供工程设计参考。更多还原