高压输电塔线体系风致非线性振动气弹模型风洞试验

基于边界层风洞气弹模型试验的方法,对高压输电塔线耦联体系的风振响应进行了试验研究,首次在风洞中重现了输电塔线体系倒塔破坏现象.研究表明:在紊流风场中,高压输电塔线体系的风致振动呈现较强的非线性振动特征,随风速增加,非线性振动程度加剧,且输电塔结构振动呈现出混沌振动特征;由于输电线与绝缘子振动的影响,塔线体系中输电塔高阶模态的振动非常显著,且随风速增加,高阶模态的能量甚至强于低阶模态的能量;导地线与绝缘子对输电塔结构的影响随风速增加而增强.塔线体系的风振响应计算需考虑高阶模态的影响.结构设计时,需合理考虑大风时导地线与绝缘子的非线性振动对输电塔的影响.     

输电导线对塔线体系风致响应影响研究

【目的】研究输电导线与塔体耦合作用对塔线体系风致动力响应的影响。【方法】结合某输电线路三塔两线实例,开展数值分析计算及气弹模型风洞试验。基于ABAQUS软件建立了三塔两线体系的有限元模型,将采用谐波合成法生成的风荷载沿顺风向输入,采用Newmark-β法求解体系的顺风向动力响应,计算体系的风振系数,并将之与各规范的风振系数进行对比。【结果】数值分析结果与试验结果吻合良好,且风振系数均高于规范建议值。【结论】输电导线的存在提高了结构气动阻尼,导致塔线体系的加速度响应低于单塔的加速度响应;风振系数随高度增加呈增大趋势,受横担局部质量增加影响,风振系数存在局部突变;在实际工程中计算输电塔风振系数时,输电导线对横担部位的影响不可忽略,研究者应综合考虑多种规范的建议值。     

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

以建设中世界最高输电铁塔——— 346 .5m高、5 0 0kV江阴大跨越塔为工程背景 ,通过气弹模型风洞试验 ,对大跨越输电塔线体系动力特性和风振响应进行了研究 .采用外形、质量、刚度分离的处理方法设计了大跨越塔模型 ,塔线体系为两塔三段线模型 .用自由振动法测得单塔和塔线体系的自振频率和阻尼比 ,进行了多个风速下单塔、塔线体系在均匀流场和紊流场中的风洞试验 .通过对试验结果的分析 ,揭示了大跨越输电塔线体系动力特性和风振响应特点 ,为实际工程抗风设计提供了依据     

输电塔-线体系的风致动力稳定

结合增量动力分析法和弧长法有限元分析了安徽某输电塔-导地线结构的风致动力稳定,通过杆塔顶侧移比、底层受压侧主材应力和导线挂线点反力、张力和振幅的变化规律分析了塔-线相互作用及结构动力失稳前、后的受力特征。根据非线性静力与动力失稳塔顶侧移比相等原则得到了不水平档距塔-线结构动力失稳临界平均风速。研究结果表明,塔-线结构动力失稳过程主要为杆塔挂线点杆件屈服、塔身底部受压侧主材屈服、塔顶侧移比增大、塔底主材压屈;随着水平档距增加,塔顶侧移比增大,挂线点反力增大,导地线张力减小,导地线振幅增大,动力失稳临界平均风速减小;输电塔的风致稳定性设计应考虑动力效应及塔-线相互作用的影响。     

基于阻尼耗能原理的高压输电塔风振抑制方法

由于输电线路的风致振动可降低输电杆/塔、导线和金具连接件的疲劳强度,严重时可导致倒杆/塔、断线等事故,对基于阻尼耗能原理的风振抑制措施进行研究。首先,采用有限元分析软件ANSYS,分析输电塔线体系的风致振动响应;然后,提出基于阻尼器耗能原理的输电塔振动抑制策略,根据杆塔的结构特点,设计并比较分析多种阻尼器布置方案对风振的抑制效果。最后,在广东省某线路上实施该方案,在2012-08\"启德\"台风登陆期间,在9-10级台风（风速21-24 m/s）时,监测到输电塔的振动加速度。研究结果表明:将阻尼器布置在塔身中上部主材上可以更有效地消耗风振能量,控制风振幅值;采用该方案测得\"启德\"台风登陆期间输电塔的振动加速度下降60%-70%,为输电线路防强风灾害防治、提高线路容灾能力提供了一种有效方法。     

覆冰输电线路终端塔风致倒塌机理

以某倒塌事故终端塔塔-线体系为对象,建立其有限元动力学分析模型,基于谐波叠加法和Davenport目标谱模拟风速时程,确定覆冰塔线上的风荷载,研究覆冰终端塔塔-线体系的风致倒塌过程、机理及其影响因素.通过瞬态分析模拟覆冰终端塔塔-线体系的整个倒塌过程,揭示其风致倒塌机理.覆冰终端塔在8级大风荷载作用下,背风侧塔腿下部主材最先失稳,并导致塔腿部位其他相邻构件应力增大,依次发生局部构件失稳或屈服失效,最终诱发输电塔整体结构失稳倒塌.终端塔的整个导线张力都是非平衡张力,在塔腿部位会产生很大的倾覆应力.在失效构件等效应力的荷载占比中,导线张力占比大于50%,其次是作用在塔上的风荷载,占比大于30%.通过参数影响分析得出,90°风向角是一种最危险的风荷载工况,而最合理的线路走向则是沿终端塔底座截面两根正交的最大惯性主轴     

输电塔-线体系风致响应的鲁棒半主动控制

为了抑制输电塔-线体系的风致动力响应,基于多目标优化理论设计了鲁棒H2/H∞控制器.在体系平面内、外振动状态方程的摄动矩阵中引入不确定性,运用MATLAB中的线性矩阵不等式工具箱并结合改进的限幅最优(MCO)控制器提出了H2/H∞_M CO半主动控制策略.以某特高压猫头型输电塔-线体系为算例,分别计算了其在无控制、被动控制、恒定增量(CI)半主动控制及H2/H∞_M CO半主动控制下的风致响应.结果表明:H2/H∞_M CO策略对塔体位移、塔体加速度和塔底内力的抑制效果比无控制、被动控制及CI控制的抑制效果都要显著.     

大跨越输电塔线体系风振控制新策略

为了抑制输电塔线体系的风振并考虑体系动力特性存在的不确定性,基于多目标优化理论设计了鲁棒H2/H∞控制器.运用达朗贝尔原理建立了输电塔线耦合体系平面内外振动的受控运动方程,在状态方程的摄动矩阵中引入塔线体系模型的不确定性,运用MATLAB的线性矩阵不等式(LMI)工具箱设计了鲁棒H2/H∞的输出反馈控制策略,并结合改进的限幅最优(MCO)控制算法设计了H2/H∞_MCO半主动控制器.以汶河-青云大跨越输电塔线体系为工程背景,分别对其进行在无控制、调谐质量阻尼器+黏弹性阻尼器(TMD+VED)控制、铅芯橡胶阻尼器(LRD)控制、固定增量(FI)控制和H2/H∞_MCO控制下的风振响应数值计算.结果表明:H2/H∞_MCO控制策略对输电塔的位移、加速度和塔底内力的峰值和均方差的减振效果比TMD+VED、LRD及FI控制策略的都要显著.     

输电塔-线体系动力响应影响参数分析

对两相邻直线输电塔进行了非线性动力时程分析,分别分析了绝缘子长度、导地线初始应力和输电塔档距三方面对输电塔-线体系风振响应的变化规律.结果表明:绝缘子长度在6～7m范围内,导地线的初始应力为最大应力的55%左右时,两相邻输电塔的最大位移同时达到最小值,但塔架的最大速度、最大加速度在此过程中的改变量较小,变化趋势不明显;当输电塔的档距为400m时塔顶位移最大.     

大跨越输电塔线体系风振控制风洞试验

以建设中的500 kV江阴大跨越输电塔为工程背景,通过气弹模型风洞试验,对大跨越输电塔线体系风振控制进行了研究。设计了悬挂水箱质量摆、阻尼棒质量摆及二者组合控制等3种控制方案,进行了塔线体系有无控制装置的动力特性测试和紊流场多种风速下风振响应试验。通过模型的阻尼比和风振响应方差分析,验证了振动控制的有效性,为实际工程风振控制设计提供了依据。     

输电塔线体系风洞试验模型的变比例问题分析

塔线体系的气弹模型风洞试验时,由于模型制作和现有风洞尺寸条件的限制,输电塔线体系中塔与线保持相同比例的气弹模型制作难度很大,往往需要将导线跨度的比例缩小.从数值分析的角度出发,以某1000 kV双回路线路的一段塔线体系为例,铁塔保持不变,导线的缩聚比例分别为1.00、0.50、0.25的情况进行顺风向的风振响应时程分析.结果显示,导线比例缩聚后,塔线体系的风振响应基本保持一致,缩聚模型的风洞试验结果可以比较准确的反映原型的风振响应.     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

非规则高耸佛像的风洞试验及风振系数

以新疆西王母像为工程背景,对非规则高耸佛像进行了测压风洞试验,建立了复杂的三维钢骨架有限元模型,计算了结构的动力特性,并利用ANSYS参数化设计语言,编制了能够精确求解非规则高耸佛像风振响应的程序.在此基础上,通过风洞试验所得的风压系数,计算得到254个测点的荷载时程向量,并加载至有限元模型,计算了30个风向角下佛像各关键测点处的风振系数.研究结果表明:风洞实验所得的风压系数时程数据的精度较高,可以满足佛像风振系数的计算要求;对于非规则高耸佛像,其自振频率分布密集,基阶振型不是主控振型,不能直接采用《规范》所建议的风振系数,而应重新计算;风向角的变化对佛像风振系数的影响十分显著,应对最不利的风向角进行抗风验算.     

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.     

山地塔-线体系下输电线路风振影响因素分析

为揭示山地区域复杂风场作用下输电线路风致振动的影响因素,基于宁夏110 kV连南线实际线路参数建立“二塔三线”有限元精细化模型,采用重力自平衡法对线路找形计算.利用谐波叠加法模拟线路所处的随机风场,并对塔-线体系模型施加风荷载,分析山地输电线路风振的影响因素.结果表明,山地风场加速效应显著,当风仰角达45°且风向角达90°时,加速可比达1.3～1.4,易引发线路剧烈风振;相较于无塔输电线模型,塔-线体系模型的线路风振响应幅值更大,且更切合实际;导线初始张力从16 kN增大至26 kN时,其水平和垂向振幅分别降低31.1%和23.4%;线路阻尼比从0.02增至0.15时,导线的水平和垂向振幅分别降低36.4%和44.2%.增大线路初始张力、阻尼比能有效抑制线路风致振动.本研究揭示了山地风场加速效应与塔-线动力耦合的协同作用机制,定量评估了关键参数对线路风振的影响规律,提出的初始张力优化方案和阻尼比增强措施可为山地输电线路抗风设计提供重要的技术支撑.     

多TMD控制下超高层建筑风振响应的快速算法及其应用

基于谐波激励法,提出一种适合大型复杂结构多调谐质量阻尼器( MTMD)风振控制的快速算法,该算法可根据刚性模型风洞试验获取的风荷载时程数据计算结构在MTMD作用下的风致响应.以高度为439m的深圳京基金融中心(KFT)的风振控制为例,计算了单调谐质量阻尼器(STMD)作用下的结构风致响应,分析了STMD固有频率、阻尼比及质量等参数对结构风致响应的影响,进而对不同形式MTMD的结果进行对比分析.研究表明:采用快速算法进行风振控制计算是正确有效的;安装在顶层的STMD可有效控制KFT的风振响应;在TMD总质量相同的条件下,采用MTMD较STMD对结构的控制效果有所减弱,但MTMD方式仍可使结构顶部的峰值加速度响应降低约30％.