浅谈500kV输电线路铁塔基础选型与设计

输电线路铁塔都在户外使用,环境恶劣、条件复杂,同时输电线路铁塔的分布范围较大,导致铁塔地基的地质条件纷乱复杂,这给铁塔基础的设计带来了难度。总结了不同地质条件下的500kV输电线路铁塔基础选型与设计方法,并对如何选择基础型式和设计提出了建议。     

我国输电线路铁塔结构设计可靠度研究

在输电系统中,一般多会采用架空输电线路,这就需要进行一定的输电线路基础设施建设,即输电线路铁塔。文章首先分析了输电线路铁塔结构设计中的主要内容,继而以500k V输电线路为例,分析其铁塔结构的可靠性,以供参考。     

采空区塔基变形过程对输电铁塔安全性影响

位于采空区输电铁塔的安全性易受地表变形的影响,而塔基变形具有从无到有、从小到大、从单一到复合的特点,因此研究塔基变形过程输电铁塔安全性演化规律具有重要的工程意义。以位于采空区某500 kV输电铁塔为研究对象,基于有限单元法,分别计算了单、双基础复合变形过程在90°大风、45°大风和覆冰三种气象工况下的输电塔内力和变形规律。结果表明:单、双基础复合变形过程中,构件最大应力转移路径相似,变形初期铁塔安全性降低较少,中后期铁塔安全性降低速率加快;三种气象工况条件下,基础变形过程铁塔安全性演化规律相近;建议在塔基变形前期,对变形最大的塔脚和相同侧第一段横隔材实施监测和加固治理措施。     

输电线路铁塔加工中的焊接技术分析

本文是笔者根据多年的工作经验，结合实践对输电线路铁塔加工过程中可能存在的焊接缺陷进行分析，对输电线路铁塔加工焊接缺陷的影响因素进行探讨，总结出相应的焊接质量控制措施，以提高输电线路铁塔的焊接质量，供同行参考。     

基于振动特性的铁塔螺栓完全松动检测方法

螺栓是输电铁塔上重要的连接件,由于输电铁塔在运行过程中长期受到外界条件的影响,导致螺栓逐渐松动、输电铁塔刚度下降,严重影响输电铁塔正常运行。针对输电铁塔螺栓连接完全松动故障,提出了一种基于铁塔振动特性的螺栓完全松动快速检测方法,首先利用脉冲激振法实测了输电铁塔螺栓完全松动前后振动信号,分别得到了激振点所在塔材的振动信号,以及通过螺栓相连接的塔材振动信号。然后采用自相关-变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)方法进行振动信号处理,得到了振动信号频谱图。对比频谱图得出结论：当螺栓紧固时,各个塔材为一个整体,产生脉冲激振下的自由振动,在其固有频率处出现峰值;当螺栓完全松动时,激振点所在的塔材为自由振动,依旧在其固有频率处出现峰值,而另一塔材受到激振点所在塔材振动的作用导致其振动性质发生改变,受迫振动成分增加,两塔材振动频谱较为接近。螺栓相连接的两塔材振动频谱的变化特征可作为该螺栓是否完全松动的判断依据,为铁塔局部螺栓松动离线检测提供了一个新的思路和方法。     

动态地表变形对输电铁塔内力和变形的影响

以某塌陷区上典型输电铁塔为背景,采用数值分析方法,分析了动态地表变形(水平变形和竖向变形)对输电铁塔结构附加内力和变形的影响规律.结果表明,输电铁塔在从盆地边部到中部的过程中,首先经历正曲率与拉伸作用,经过拐点后,又经历负曲率与压缩作用;输电铁塔底部杆件的轴力变化较上部杆件变化幅度大,随着高度增加,其轴力变化值越来越小;下部杆件主要受地表水平变形(拉伸、压缩)的影响,而上部杆件受竖向变形(倾斜)影响较大;输电铁塔支座的最大垂直位移差值出现在盆地中部与边部之间的1/2处,支座最大水平位移差值出现在盆地中部与边部之间的1/4与3/4处.     

基于ANSYS的输电铁塔极限承载力研究

运用有限元仿真软件ANSYS建立了输电铁塔的有限元仿真模型．进行60°风工况的极限承载力分析,仿真结果表明：输电铁塔破坏位置发生在变坡处的塔腿上,破坏极限为1．67倍的100％设计荷载．     

CSZ系列紧凑型铁塔动力特性研究

以500 kV超高压线路中紧凑型直线输电铁塔CSZ1、CSZ2为对象,利用有限元分析软件AN-SYS,按空间梁杆混合结构方法建立有限元模型.计算分析了该系列输电铁塔的动力特性,并研究、归纳其各阶振型的特点.根据CSZ铁塔的动力特性,修正了工程上常用的第一自振周期近似公式.     

架空输电线路铁塔结构设计要点浅析

本文以某输电线路工程设计为例,介绍了输电线路铁塔结构设计的要点。铁塔结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用可靠度指标度量结构构件的可靠度。在规定的各种荷载组合作用下或各种变形或裂缝的限值条件下,满足线路安全运行的临界状态。     

输电线路铁塔结构设计的现状和优化措施

在输电线路铁塔结构设计的过程中,一定要严格执行国家的相关政策和规定,在设计的过程中要对其安全性和经济性以及我国的相关情况进行充分的考虑。本文主要分析了输电线路铁塔结构设计的现状和优化措施,以供参考和借鉴。     

基于GWO改进神经网络的风致输电杆塔响应计算方法

针对基于有限元方法的风致输电杆塔仿真模型存在模型参数设置复杂、响应速度低下等问题,本文提出了一种结合杆塔仿真计算与机器学习的杆塔应力快速计算方法,实现了风致输电杆塔仿真模型的高效运算。本文首先利用有限元仿真分析10~35 m/s风速0~90°风向下输电杆塔的应力结果,将其作为神经网络训练样本;分析杆塔本征参数及气象因素对杆塔应力结果的影响,提出一种基于风速、风向和塔材类型等因素的特征值选取方法;利用GWO优化算法提高神经网络准确度,建立基于GWO-BPNN的杆塔风致应力计算模型,计算速度可达建模仿真的10倍以上。在准确率上,基于数据集划分训练集及验证集,模型准确率在98%以上,将计算结果与实际杆塔受灾情况相比情况一致。本模型可用于输电线路防风预警,致力于输电线路防灾减灾。     

特高压直流输电塔多尺度模拟与节点分析

为了较准确地分析特高压直流输电塔节点的受力性能,将实体单元模型和梁单元模型连接,建立输电塔多尺度有限元模型。通过与TTA模型、刚架模型及真型塔试验结果的比较分析,验证了多尺度模型的合理性。然后关注一种试验工况,利用多尺度模型对铁塔的一个关键节点进行非线性分析。结果表明,该塔破坏前,铁塔斜材已产生了局部屈曲,多尺度模型能够较真实地模拟节点板及连接杆件的受力状态,计算结果与试验数据吻合良好,可以对铁塔结构设计及试验研究提供参考。     

猫头型输电塔在覆冰与风荷载下的动力稳定

利用增量动力分析法和弧长法有限元分析了猫头型输电塔的动力稳定,对比了输电塔静力与动力失稳前、后的受力特征,分析了覆冰厚度和风向角对输电塔动力失稳的影响。通过静力失稳与动力失稳塔顶侧移比相等原则得到了不同覆冰厚度及风向角下,输电塔动力失稳临界平均风速。结果表明:杆塔失稳主要由塔身底部主材屈服、斜材面外变形增大引起;随着覆冰厚度的增加,杆塔静力失稳与动力失稳的差别加大,杆塔在风力动载下的塔顶侧移显著增加,动力失稳临界平均分风速显著减小。输电塔在风荷载作用下的整体稳定性应考虑动力效应及覆冰条件的不利影响。     

基于模态分析的输电塔结构优化模型

选取常见的干字型角钢塔,提出一种新型的基于模态分析输电塔结构优化模型。构建参数化输电塔结构有限元模型,采用拉丁超立方抽样方法进行高效抽样,将样本空间进行均匀划分,再对样本空间抽样,规避了Monte Carlo法样本空间低效重复抽样的缺点,有效提高Monte Carlo随机有限元法的运算效率;分别采用线性回归,纯二次回归,交叉回归及完全二次回归公式优化输电塔结构,通过线性回归残差分析,并综合考虑相关系数R2、F值、P值及评估误差E,选用完全二次回归模型构造输电塔随机输入变量与各随机输出变量之间的数学关系;分别采用模拟退火算法与遗传算法对模型进行优化,优化结果表明：两种算法均能实现全局搜索,规避优化过程中局部最小点;遗传算法的优势更为明显,收敛速度快,计算耗时短,并且目标函数的优化结果较模拟退火算法更优;与输电塔原始结构相比,遗传算法和模拟退火算法优化后的输电塔耗材总体积分别降低19.97%和19.96%,较为接近;经遗传算法优化后的输电塔优化结构五阶固有频率与一阶固有频率的差值是原设计的138.1%,模拟退火算法优化后的结果为113.7%,经遗传算法优化后的输电塔优化结构更好。     

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500 kV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.     

山区输电塔滚石撞击响应分析及撞击力计算

输电线路穿越复杂山区和不良地质区域时极易受到侧方滚石撞击。为了掌握滚石撞击作用下山区输电塔受力特性,以某山区800 kV特高压输电线路T型输电塔为对象,采用非线性显式动力学方法,建立了输电塔滚石撞击有限元模型,研究了输电塔撞击区域杆件变形、应力及其时程变化,分析了滚石撞击位置、角度、速度以及滚石直径对输电塔撞击响应的影响规律,给出了输电塔滚石撞击力峰值计算公式,并与其他算法对比验证。结果表明：输电塔滚石撞击力呈现三角脉冲形态,持续时间短、冲击力大;输电塔撞击区域塔杆变形和内力较大,撞击时塔杆应力水平瞬时达到峰值,随后迅速振荡衰减,并逐渐稳定;滚石撞击后塔杆发生塑性变形,出现残余应力,但残余剪应力水平小于残余轴向应力;滚石撞击位置处于1/6～1/8塔高时,滚石撞击力峰值和杆件的残余轴向应力相对较大,撞击角度为0°时,输电塔的撞击响应最为剧烈,撞击速度和滚石直径对输电塔撞击响应影响较大;撞击力峰值拟合公式可用于输电塔滚石撞击力的估算。     

结合MIDAS仿真和BP神经网络的输电杆塔基础滑坡风险评估

近年来,暴雨及洪涝等异常灾害使得滑坡现象频发,导致野外输电杆塔发生倾斜、位移及沉降,严重威胁电网安全运行。为解决现有输电杆塔基础滑坡风险评估方法存在的普适性差、主观性强等问题,本文构建了一种结合仿真计算和数据驱动的杆塔滑坡风险评估模型。首先,将杆塔基础荷载纳入杆塔基础滑坡影响因子,结合MIDAS软件仿真得到坡体安全系数。其次,基于卫星、气象等多源信息融合,提取8 个杆塔基础滑坡影响因子,搭建按误差逆传播算法训练的多层前馈（back prop-agation,BP）神经网络模型。最后,对比测试样本集安全系数的仿真结果与模型预测值,误差范围为0.01%~0.24%,并结合合成孔径雷达干涉技术 (interferometric synthetic aperture radar,INSAR)验证了模型有效性和可行性。研究结果表明利用该神经网络模型可实现对任意输电杆塔基础所在坡体安全系数的精准、快速预测,同时具有普适性强的特点,研究成果可为输电线路防灾减灾提供新思路。     

输电铁塔主材节点滞回性能研究

针对输电铁塔主材双肢搭接节点,分别建立了单一剪切面连接与双剪切面连接的螺栓连接节点有限元仿真模型,通过施加低周循环载荷获得了节点的滞回曲线,给出了骨架曲线分析,耗能能力分析以及刚度退化分析,研究了输电铁塔螺栓连接节点在低周循环载荷作用下的耗能能力与力学性能,结果表明：单剪连接与双剪连接的节点线弹性变形过程基本一致,此后两种节点都出现滑移现象,双剪连接节点经历两次滑移过程;螺栓滑移过程中,节点耗能能力最强;双剪连接节点极限承载能力更强,刚度保持特性更佳,耗能能力更强。     

基于S-AHP和变权理论的输电线路铁塔关键指标体系评价方法

针对当前输电线路铁塔评价指标体系冗杂和模糊评价难以反映实际工况的问题,文中提出了一种输电线路铁塔基础设施安全评价方法。通过关联规则对铁塔指标体系进行了量化,并基于主成分分析法建立了铁塔基础设施的关键指标评价体系。为了避免反复调整判断矩阵引起的盲从性问题,引入自适应层次分析法(selfadaptive analytic hierarchy process, S-AHP）确定初始权重。并通过变权理论引入均衡函数,对各指标的初始权重进行了调整,以解决常权系数下铁塔某项指标出现异常时对模糊评价结果无影响的问题。实例计算表明关键指标体系能反映出铁塔整体工况,变权后的模糊评价可以准确确定异常铁塔,评价结果能很好的辅助后续铁塔检修计划的制定。     

岩溶土(暗)洞对临近高压输电杆塔基础安全影响

土洞是覆盖型岩溶区一种隐伏的不良地质现象。输电线路在经过岩溶地质区域时,岩溶暗(土)洞的存在会对邻近的杆塔基础安全产生威胁,严重时使得输电杆塔产生倾斜甚至倾覆。以湖北省恩施-水布垭输电线路为工程背景,采用ABAQUS有限元软件,分析了土洞的尺寸、覆盖层厚度以及土洞与输电杆塔的相对位置对500 k V输电杆塔的影响。以正常使用极限状态下地基倾斜限制值为安全控制指标,得到了保证该输电杆塔基础安全的不同尺寸土洞的洞顶位置安全影响线,并且采用该影响线对某实际案例进行验证。该方法可为类似地质条件下输电工程选线、输电杆塔基础设计以及地基处理提供参考。本文模拟研究对邻近岩溶土洞输电杆塔安全评价及灾害处理有着重要的指导意义。