输电塔-线体系覆冰增长动态响应分析

为了有效分析输电线路在覆冰作用下的正常运行情况,针对重覆冰区气象特征,结合旋转圆柱覆冰增长模型对覆冰区域进行12 h覆冰荷载及风荷载的计算;根据110 kV输电线路特征,采用梁杆分析单元,建立多塔塔-线耦合有限元模型;然后,基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS进行覆冰增长动态响应分析.研究表明：在12 h覆冰过程中,线路整体运行平稳,不会出现失稳倒塔现象;不均匀档距和高差在顺线路方向对杆塔影响较大,12 h覆冰过程中杆塔塔头最大应力分别超过标准杆塔7.6%和12.2%;转角由于横向力作用对杆塔扭转影响较大,12 h覆冰过程中转角10°和15°的杆塔塔身最大应力分别超过标准杆塔98.5%和192.4%;线路中不均匀档距、转角及高差产生的不平衡张力是导致杆塔变形增大的主要原因.分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和指导线路除冰.     

一种高压输电塔在风场中的失稳与加固

首先分析风载荷的数值建模方法,将横担、塔身的风载荷转换成风压,作为输电塔的稳定性分析的载荷;其次,建立一种典型塔型的有限元模型,参考沿海地区的输电线路设计风速,在基本风速为30 m/s的边界条件下,对无加固、塔身第1段和第2段主材局部加固、塔身下部3段主材局部加固3种方案进行稳定性分析.研究结果表明:对下部塔身进行主材局部加固,输电塔的一阶和二阶屈曲系数分别提高4.24和4.79倍,将塔的失稳部位从主材变成辅材,可极大地减小输电塔因主材遭到破坏而发生失稳倒塔的可能性;局部加固是一种有效的提高输电塔抗风灾能力的措施.     

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.     

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。     

输电线路铁塔锈蚀塔腿补强措施及仿真计算

输电线路铁塔塔腿锈蚀问题现已严重影响到输电线路安全稳定运行.为此,利用ANSYS有限元分析软件针对已锈蚀铁塔主材建立了桁架混合模型,对已锈蚀塔腿主材在最恶劣运行工况下的受力情况进行了计算,由计算结果提出了一种新型加固方案—分解加固法,并以加固补强后的铁塔为基础重新建立了仿真计算模型,对补强后铁塔的应力强度及整体稳定性进行了分析,验证了该种加固补强方案在力学性能方面的可行性;同时从施工周期、施工难易程度、以及经济性方面与传统的铁塔加固补强方案进行了对比,所提出的的新型补强方案均明显优于传统方案.     

滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析

滑坡区输电线路由于风荷载作用产生的附加内力,承受地表变形能力大幅降低,极易发生断线、倒塔等事故,因此对输电塔线体系在风荷载和地表变形作用下进行安全性研究具有重要意义。以滑坡区某220 kV输电线路为研究对象,建立两塔三线体系有限元模型,并通过Kaimal谱和线性滤波法建立风荷载模型,对输电塔线体系在无风工况下的抗变形能力和设计风速工况下的动力响应进行分析。结果表明,在无风工况下,塔腿的沉降变形对输电塔线体系的影响最严重,铁塔发生屈服的杆件主要位于塔脚点、第一横隔材与斜材连接点以及第一横隔材与主材连接点;在设计风速条件下,塔线体系大部分工况仅能承受正常无风工况下的塔腿变形的60%～80%,垂直于线路方向的双腿沉降工况抗变形能力下降得最严重,仅能承受正常工况的30%,同时,塔线体系导、地线的应力以及塔头的位移均会在动力响应达到峰值时超限,从而导致塔线结构失效。     

采动区转角塔塔线体系内力与变形变化规律

为了获得转角塔塔线体系受采动影响的内力和变形变化的关系,以采动区塔体的杆件应力、支座反力、塔顶综合位移、导-地线应力和挠度为研究对象,建立梁-桁混合分析模型。利用数值分析方法,探究采动过程中塔线体系内力和变形变化规律。结果表明：转角塔塔体先于导-地线失效,塔体破坏状态以受倾斜变形特征体现,塔体底部变化较上部严重,底部主斜材较主材对采动敏感,z方向支座反力较x、y方向变化明显,塔顶综合位移能更为直观地体现塔线体系受采动的影响。     

覆冰对某输电塔影响的研究

覆冰对输电塔的影响是通过整个输电线路上各方面因素共同作用的。不同的档距、高差、转角以及风载等因素都会使覆了冰的输电线路的稳定性遭到破坏,从而引起输电线拉断及铁塔倒塌。通过MSC.MARC软件建立了输电塔模型,根据覆冰载荷的计算机理,得到不同档距、转角及风速条件下,输电塔在各个冰厚载荷作用下所产生的等效应力以及输电线所受的拉力,并将各个冰厚载荷作用下的结果进行分析比较,总结出倒塔的主要原因。     

双角钢插入式基础转角塔预偏控制的计算

云南至广东±800kV直流输电工程13标,全线转角基础全部采用主材双角钢插入式基础。结合现场实际情况,介绍了转角塔角钢插入式基础在考虑铁塔预倾斜情况下基础预偏后的根开、坡度、高差的计算过程,以及插入式角钢坡度和根开的调整计算方法,在今后的类似工程中具有参考价值。     

拉线门塔在下击暴流作用下的响应分析

以某220kV输电线路拉线门塔为工程背景,通过时程响应分析对比研究了拉线门塔在下击暴流与常规B类风场作用下的响应特性.建立了拉线门塔-输电线体系空间有限元模型并进行了动力特性分析,通过风洞试验测试了拉线门塔刚性模型和双分裂导线模型的体型系数,模拟了规范B类风场和下击暴流风场的脉动风荷载时程,采用Newmark-β法分析了拉线门塔在两种风场脉动荷载作用下的响应,并与规范设计荷载等效静力作用下的效应进行了比较.结果表明:拉线门塔在下击暴流作用下,立柱峰值压应力达到600MPa,是常规B类风场作用下的4.6倍;拉线极值拉应力达到1 300 MPa以上,是常规B类风场作用下的2.5倍;且拉线门塔位移响应以导线频率占主要成分的低频响应为主,导线荷载对拉线门塔位移响应影响显著而对其加速度响应影响甚微.比较研究表明,中国规范缺乏下击暴流风荷载的设计条文,但是对杆塔进行常规B类风场作用下的设计取值是合理的,而美国ASCE荷载导则的计算方法会低估下击暴流对拉线门塔的破坏作用.     

变高差特高压直流输电塔线体系的地震响应分析

为探究高差对特高压直流输电线路的地震响应影响,分别建立了高差为40、-40 m和无高差的三种塔线体系模型,采用有限元软件进行地震动模拟,对比分析了不同塔线体系模型的响应特征。研究结果表明,地震动多维激励或考虑行波效应作用时,有高差变化的输电塔较无高差变化的输电塔地震响应,其主材单元的轴力最值分别平均增加7.62%和6.79%,其节点顺线路方向位移随时间的变化规律有所改变。因此对于途径山地丘陵的特高压直流输电线路,考虑高差的影响有助于获得更贴近实际的地震响应结果。     

单回转双回开断塔下方的工频电场分布及其影响因素研究

单回转双回架空线路开断塔可将单回线路开断后,转角90°形成不同相序的双回线路继续走线,这种杆塔的使用可有效减少塔基占地面积,节约线路成本。为研究开断塔下方的电场分布特征,文章对110 kV单回转双回架空线路开断塔进行了三维电场计算,对比了常规直线塔与开断塔下方电场强度,分析了导线相序组合、导线水平相间距离、横担高度、风偏对开断塔下方电场强度的影响。结果表明:相同影响因素下,开断塔下方电场强度大于直线塔下方电场强度;逆相序布置下的开断塔下方电场强度最小;开断后的双回架空线水平相间距离减小,开断塔下方电场强度随之减小;横担高度增加,开断塔下方电场强度随之减小;随着风偏致跳线串偏移角的增大,地电位作业人员体表电场强度随之增大,开断塔下方距地面1.5 m高水平截面电场分布近乎不变。该文研究结果能够为开断塔的优化设计提供参考。     

门洞对爆炸塔结构受力影响研究

介绍了爆炸塔结构的设计步骤,引出了作用在墙面上等效静荷载的确定方法,在此基础上用有限元分析软件SAP2000建立有无门洞的爆炸塔两个分析模型,通过施加荷载对其受力情况及极限破坏情况进行分析,结果表明:5 kg TNT当量的爆炸塔,门洞对爆炸塔的整体刚度影响不明显,爆炸塔在门洞处的变形很大;相比不带门洞的爆炸塔,带门洞的爆炸塔门洞处径向拉应力较大,爆炸塔门洞上侧环向拉压应力也较大,所能承受的径向荷载小于不带门洞的爆炸塔,5 kg TNT当量爆炸塔理论上可以承受约8 kg TNT爆炸荷载。     

基于断线作用的输电塔线体系动力效应影响分析

以最不利荷载组合作用下特高压输电线路双回路直线塔的试验位移为依据,验证了非线性有限元模型的有效性.在此基础上,对最不利断线位置下的输电塔线体系耐张段进行有限元隐式非线性动力分析.考察了断1~4根导线时输电塔的动力效应,确立了断4根导线和最上层导线的断裂对断线档的输电塔动力效应影响最大.同时,进一步分析了未断线档输电塔侧向刚度、档距、线路转角和悬挂点高差等因素对断线侧输电塔动力效应的影响.结果表明:未断线档直线塔的刚度较断线档小,即当相对侧向刚度小于1时,断线档直线塔的动力效应随着相对侧向刚度的减小增幅逐渐变大;当相对侧向刚度大于1时,断线档直线塔的动力效应随着相对侧向刚度的增大增幅逐渐减小.未断线档档距增大,断线侧输电塔的动力效应成几何次方关系急剧增长;而断线档档距的增大与断线侧输电塔的动力效应成线性正相关.线路转角度数或悬挂点高差角度分别为±5°和±7°时,断线侧输电塔的动力最大位移值和稳定后的最大位移值均超过1.822m.     

考虑半刚性连接的输电塔结构离散优化设计方法

输电塔半刚性节点会对结构内力及变形产生不可忽视的影响，然而，在传统的输电塔结构优化设计中，输电塔节点的半刚性连接往往被简化为铰接。为了准确评估输电塔的实际响应并对输电塔进行合理优化设计，以考虑半刚性连接的输电塔为研究对象，通过使用弹簧单元模拟半刚性节点的弯矩-转角关系，建立了半刚性连接的输电塔有限元模型，并提出了半刚性连接输电塔的优化数学模型和优化设计方案，发展了一种考虑半刚性连接的输电塔结构离散优化设计方法。优化结果表明：文中方法能够在满足结构应力及变形约束的条件下有效降低输电塔钢材的消耗量，节约了工程造价成本，具有良好的经济效益。     

±1100 kV特高压输电塔风振响应频域分析

为研究扭转振型对长横担输电塔振动响应的影响,在考虑风速水平空间相关性的基础上,采用有限元频域方法分析准东—华东±1 100 kV输电工程角钢塔风振响应。首先,对比频域和时域方法得到的节点位移功率谱曲线及节点位移均方根,验证有限元频域方法的准确性;其次,分析弯曲振型、扭转振型及高阶弯曲振型对输电塔节点位移、节点加速度、杆件轴力和基底反力均方根的贡献;最后,在考虑扭转振型贡献的基础上,计算扭转向等效静力风荷载,并对比扭转静力风荷载、规范方法及频域方法得到的杆件轴力。研究结果表明:扭转振型对塔身下部及横担端部节点位移、横担端部节点加速度、塔身斜材轴力及基底反力均方根影响较为明显;高阶弯曲振型对塔身下部节点加速度均方根影响较为明显;与频域方法相比,规范方法得到的主材轴力偏大2.2%左右,斜材轴力偏小16.1%～92.5%,说明规范方法对主材的保证率较高而对斜材的保证率较低;考虑扭转静力风荷载后,主材轴力偏大6%左右,斜材轴力偏大0.1%～15.8%,说明扭转静力风荷载能够在不明显提高主材轴力的基础上有效提高斜材的保证率。在类似长横担输电塔设计中应考虑扭转静力风荷载的影响。     

特高压单柱拉线塔的静力稳定性分析

拉线塔在地广人稀的地区具有性价比优势,对于特高压拉线塔,受到的载荷变大,结构尺寸也变大,需要进行稳定性的分析。针对特高压单柱拉线塔的静力稳定性问题,建立拉线的分析模型,定义并推导出拉线的等效弹性模量以及拉线临界初应力的公式,将拉线塔的主柱简化成顶端为弹簧铰支座、底端为固定铰支座的压杆,推导出弹簧的弹性刚度与主柱的计算长度系数的公式;研究了不同风荷载以及不同拉线初始预应力的情况下计算长度系数的变化规律。研究结果表明：在拉线预应力保持不变的条件下,风速越大,计算长度系数越大;在风速保持一定的条件下,拉线的初始预应力越大,计算长度系数越小;预应力超过临界初应力时,主柱的计算长度系数不再减小且恒为1。可见将拉线的初始预应力设置为大于等于临界初应力可提高拉线塔的稳定性,拉线的临界初应力可以作为实际施工的参考。     

矮塔斜拉桥塔墩梁固结实体分析

以黄龙带矮塔斜拉特大桥为工程背景,利用大型通用有限元软件MIDAS/FEA 对塔梁墩固结部位进行详细应力分析。确立6种不利荷载工况后,计算了固结部位的纵向正应力、横向正应力、竖向正应力、主拉应力及主压应力,分析结果表明了该结构部位的应力分布情况,并提出相应的优化处理方案,为设计和施工提供了科学的理论依据。     

“双杯塔”在特高压直流输电线路中的应用分析

对目前国内特高压直流线路走廊压缩方案进行了分析,提出在走廊拥挤地段采用“双杯塔”,该塔型铁塔受力均匀,与导线垂直排列的转角塔配合方便,且受场地限制较小。分别从铁塔布置方案、走廊宽度、铁塔与基础经济指标分析了双杯塔与F塔的优缺点,结果表明,在走廊拥挤地区采用双杯塔具有优势。     

基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法

为了准确、高效地评估输电塔半刚性节点的力学特性,提出了一种基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法,通过引入代理模型方法近似半刚性节点几何尺寸与极限抗弯承载力、初始转动刚度之间的函数关系,建立具有较高精度的预测模型,进而结合Kish-Chen幂函数模型拟合输电塔半刚性节点的弯矩-转角曲线。结果表明,提出的基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法能减少实验和数值模拟的成本,较好地模拟输电塔半刚性节点实际受力-变形情况,为输电塔半刚性节点的工程设计和理论研究提供了参考。