覆冰导线断裂对输电塔受力与变形的影响

以某高压覆冰分裂导线输电线路为例,采用有限元程序ANSYS建立输电塔线体系有限元模型,进行覆冰导线断裂对输电塔受力与变形的影响研究.结果表明:在导线断裂工况下,导线断裂对输电塔的受力与变形影响很大,断线数目越多,输电塔上材料承受的应力越大且变形量增加越大.     

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.     

交流输电线路绝缘子破坏后的结构非线性有限元分析

为了探讨绝缘子破坏失效对交流塔输电线路结构的受力影响,研究了适用于分析构件失效后输电线路结构动响应的宏观建模方法,包括输电塔建模、输电导线建模和绝缘子建模;采用瞬态动力分析方法计算了高压交流输电线路耐张段一基塔在发生上横担一组绝缘子突然断裂破坏后,邻近破坏处的导线、绝缘子、塔构件的动态张力.分析结果表明,上横担一组绝缘子破坏失效后,破坏档未破坏端导线的张力超过了技术规程中的设计值;导线的跌落对破坏档未破坏端的上横担绝缘子受力有较大的影响,而对上横担杆件没有明显的影响.     

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.     

输电导线脱冰跳跃高度实用简化计算公式

冰区输电线路杆塔塔头设计需要考虑绝缘间隙,其与导线脱冰最大跳跃高度直接相关。针对现有导线脱冰跳跃高度计算公式不适用于大档距大高差线路的问题,在已有研究成果基础上,重点针对大档距大高差线路,采用有限元方法模拟研究在不同线路结构参数和脱冰条件下导线的脱冰动力响应,通过分析数值模拟得到的导线冰跳高度与其脱冰前后弧垂差、线路档距和高差等的数据关系,采用非线性回归方法,得到计入线路档距和高差影响的导线脱冰跳跃高度工程适用简化公式,该公式适用于包括大档距大高差的线路,完善了公式的适用范围。     

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。     

山区大高差500 kV输电线路脱冰跳跃高度的计算方法

超特高压输电线路不可避免地经过高海拔和重覆冰的山区,大高差输电线路脱冰造成的不平衡张力和导线跳跃会对其电气及机械性能产生重要的影响。针对爬坡、翻山和跨谷等三种典型的山区500 kV输电线路,建立了5档导线-绝缘子脱冰跳跃模型,通过附加力法得到了高差形式和高差角对导线跳跃高度幅值和不平衡张力的影响规律。结果表明：脱冰档存在高差时高侧绝缘子挂点受到的不平衡张力比低侧大,随着高差角的增大,低侧绝缘子挂点受到的不平衡张力加速减小,在30°时较高侧悬挂点受到的不平衡张力可达较低侧的3.06倍;相较于跨谷型,翻山型脱冰档两侧受到的不平衡张力更大,随着高差角的增大,翻山型与跨谷型的不平衡张力与跳跃高度均呈相反的变化趋势,在30°时翻山型不平衡张力达到最大值为30 454.6N,跳跃高度达到最小值为10.02 m,此时跨谷型不平衡张力达到最小值,跳跃高度达到最大值;通过分析弧垂差、跳跃高度幅值及线路高差角之间的关系,拟合得到大高差输电线路导线脱冰跳跃高度的计算公式,对线路设计和运维具有重要的工程价值。     

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。     

超高压输电线脱冰动力响应数值模拟

采用ABAQUS软件建立500 kV超高压输电线路的有限元模型,计算分析具有不同结构参数的耐张线路段在各种脱冰工况下导线的动力响应,获得导线冰跳高度和张力随时间的变化,进一步得到脱冰率、覆冰厚度、耐张段档数、档距以及高差等对导线脱冰后最大冰跳高度的影响规律,为重冰区超高压输电线路电线的间隙设计以及杆塔设计提供依据.     

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.     

基于等效刚度的输电杆塔简化方法研究

本文提出了一种基于等效刚度的输电线路杆塔简化等效方法,并利用算例验证了该方法的正确性。基于ABAQUS有限元软件,采用本文提出的简化等效方法、精细化杆梁混合模型以及传统固定约束等效方法分别模拟研究了典型大刚度直线塔和小刚度耐张塔在舞动条件下的动态响应。模拟结果表明：对于刚度较大的输电杆塔,三种等效方法模拟得到的舞动垂直位移、水平位移、扭转角度和振动频率结果十分接近,误差不超过3.3%;而对于刚度较小的输电杆塔,本文提出的等效方法与精细化杆梁混合模型研究获得舞动幅值、振动频率同样十分接近,最大误差不超过10%,而传统的固定约束方法的扭转角度最大误差达到60.58%。因此,本文提出的等效刚度方法能准确有效反映出杆塔对导线振动特征的影响,可用于各种动载条件下导线动态响应特征的快速简化研究。     

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。     

拱桥钢绞线吊杆不对称断丝后的力学行为

基于断丝前后吊杆两端边界位移约束条件不变的相容条件,建立了不对称断丝后钢绞线吊杆的损伤力学模型,并推导了不对称断丝后钢丝应变与影响长度、吊杆拉力损失率之间关系的表达式.结果表明:不对称断丝后,在影响长度内各钢丝拉力分布不均匀,与断丝相邻的外层未断钢丝拉力增大,其余钢丝拉力变化与断丝形式显著相关,在影响长度外各钢丝拉力分布又变为均匀;随着到断裂处距离的增加,断丝拉力呈指数或线性增加,而与断丝相邻钢丝拉力则呈指数衰减.在影响长度范围内,钢绞线拉力损失率基本为一限值,略高于钢绞线内钢丝断丝率,而护套握裹力、摩擦力等对吊杆内力重分布影响显著.     

桩身外露高度对山区输电线路桩基地震反应的影响

陡坡地形条件下山区输电线塔桩基础由于受坡度、地形地貌的影响,桩身常外露一定的高度。但塔基各桩的桩身外露高度及高差对桩基的地震反应有什么影响,尚不清楚。以地震作用下受损的西南山区某输电线塔桩基础为研究对象,采用FLAC3D数值分析软件,对桩身不同外露高度、不同高差时桩基础地震动力响应的变化情况进行分析。结果表明:随着桩身外露高度的增加,桩身峰值加速度、桩身位移、桩身内力的量值均有所增大。随着相邻桩基高差的减小,桩基础的地震反应也相应减小,进而为抗震设防区陡坡地形条件下合理的选取桩身外露高度提供一定依据。     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

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。     

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。