覆冰荷载下高压输电塔有限元分析

在有限元分析软件ABAQUS中建立高压输电塔有限元模型,用梁单元模拟塔架,得到塔架在其自重、覆冰荷载,风荷载等共同作用下的承载能力,同时分析输电塔倒塌破坏的原因及破坏形式,在3种不同的特殊工况下确定出输电塔塔架中相对薄弱的位置,为工程设计提出理论依据,为输电塔的实际施工和整体形状设计提供参考方法。

原型结构冰荷载测量方法研究

冰荷载是寒区工程结构的控制荷载。利用现场的抗冰结构进行原型冰荷载研究,不存在模型试验的相似性等问题,是获得真实冰荷载的重要手段之一。但是由于现场条件、测量技术及经费等因素的限制,要想获取比较完备的冰荷载信息也是比较困难的。特别是原型冰荷载的测量技术与方法不是很成熟,直接影响着冰荷载的测量结果及相关研究。国际上对原型冰荷载测量方法的讨论也不多,因此本文对原型冰荷载测量的方法进行了研究,其中包括直接冰荷载测量技术与间接冰荷载测量技术。利用渤海的抗冰导管架平台,在现场开展了直立结构及锥体结构的直接冰荷载测量和间接冰荷载测量工作,并基于监测数据对实测冰荷载时程信息及极值静冰荷载情况进行了对比分析。本工作为冰荷载相关问题研究积累了大量宝贵的现场实测数据。

覆冰荷载下输电铁塔体系可靠度研究

研究在覆冰荷载作用下,输电铁塔主要失效模式及其体系可靠度。建立覆冰荷载作用下寻找输电铁塔主要失效模式的方法,该方法以覆冰厚度为控制量,可以方便地获得铁塔的主要失效模式及相应的极限覆冰厚度。利用基于响应面的随机有限元法来获得各失效模式上各个单元的极限状态方程,然后用逐步等效线性化法得到各失效模式的等效线性化极限状态方程。所有的失效模式组成一个串联系统,计算各失效模式间的相关系数,最后由Ditlevsen界限法计算输电铁塔体系可靠度。分析在2008年初的冰雪天气里发生倒塌的我国南方某220kV输电铁塔的主要失效模式及其体系可靠度。通过计算指出由于不平衡张力的存在,使输电铁塔的极限覆冰厚度接近于它的设计覆冰厚度;同时指出:如果借鉴构件的目标可靠度指标的话,既有输电铁塔在设计覆冰条件下,体系可靠度指标不能满足要求。

闸墩冰荷载及过冰能力的模型试验研究

本文针对我国东北地区某航电枢纽设计中泄洪闸闸墩的冰荷载以及流冰期排冰的问题进行了对应的物理模拟试验。通过孤立闸墩和双闸墩的冰荷载试验,证实了边界条件对冰荷载的影响,获得了边界影响系数.不同冰速的试验也证明,冰速对于冰力具有明显的影响。文中将试验结果与理论公式计算进行了比较并提出了作者的看法,可供工程设计人员参考。根据现场实测资料,进行了三种江面冰排不同分布和密度的闸墩过冰能力的定性物理模拟试验,阐述了现有工况下闸墩间流冰通过的可能性。

河冰对桥墩作用的冰荷载计算方法(Ⅰ)——河冰的力学性能试验

通过对松花江河冰的物理力学性能试验和松花江公路大桥桥墩的流冰动压力测量、桥面的脉动测量 ,依据国内外对冰 -结构相互作用的分析 ,提出了适合我国黑龙江冰情特点的春季流冰冰荷载的计算方法。

河冰对桥墩作用的冰荷载计算方法(Ⅱ)——冰压力计算公式

在松花江河冰力学性能试验和流冰动压力测量的基础上,回顾了国内外目前有关冰-结构相互作用与冰荷载计算的主要方法和公式,并通过黑龙江省流冰长期观测数据的统计分析,提出了适合我国国情的冰荷载计算方法,可供工程部门参考使用。

冰荷载的实验研究与计算方法

本文阐述：（１）我国自１９８８年以来冰荷载实验研究概况；（２）世界各国冰荷载实验研究的概况及各国规范中规定的冰荷载公式；（３）我国在冰荷载研究中取得的成果；（４）现有冰荷载公式的特点与应用限制；（５）桥梁系统在冰荷载作用下的结构反应；（６）我国冰荷载的实验研究评价；（７）研究总结；（８）冰荷载作用下桥梁的计算。

现行规范中计算桩柱冰荷载的比较

阐述了冰荷载的作用形式以及影响因素,回顾了近年来世界各国工程规范及建议中对于作用于直立桩柱上冰荷载的主要的计算方法.引用渤海地区的特征冰条件,比较了运用不同公式计算所得的冰荷载值,分析了造成结果差异的主要原因-公式系数项.

覆冰荷载作用下500kV输电杆塔结构破坏机理试验分析

为考察高压输电塔结构在极限覆冰工况下的破坏模式和倒塌机理,以冰灾中破坏的典型500kV输电塔为原型,设计了一组单、双塔段子结构,模拟覆冰下荷载,进行了静力加载试验,对结构受力过程、破坏形态和应变及变形的发展情况等做了分析。基于通用有限元程序ANSYS,采用壳单元建立了加载塔段结构的实体模型,对试验全过程进行了模拟并与试验结果进行了比较。试验和有限元分析结果表明,主材构件的屈曲是输电塔结构在覆冰荷载作用下的基本破坏特征,斜材内力相对较小,但交叉斜撑面外变形较大。研究表明过大的交叉斜撑面外变形会显著地弱化主材的侧向约束,导致其计算长度增大,屈曲模态呈现出明显的弯扭失稳形式,从而显著地降低其承载能力,因此约束交叉斜撑的面外变形是提高整体结构抗冰承载力的一个主要途径。

破冰船引航下极地船舶结构冰荷载的离散元分析

采用破冰船引航的方式可有效保障商船在极地冰区的航行安全。通过基于闵可夫斯基和原理的扩展多面体构造任意形态的海冰单元,同时发展基于扩展多面体单元的粘结失效模型模拟海冰的破碎过程,从而建立基于扩展多面体的离散元方法。采用扩展多面体离散元方法模拟船舶冰区航行过程中的船-冰相互作用,并分析船舶结构上的冰载荷。根据"雪龙号"船体结构模型,采用扩展多面体离散元方法模拟了单船破冰条件下的冰荷载,通过船舶抗冰设计中常用的冰阻力Lindqvist公式和Riska公式校核离散元计算结果。对比结果表明,扩展多面体离散元方法与相关公式计算结果相近,对船舶结构冰荷载的模拟精度较好。采用离散元方法计算了引航条件下破冰船和货船上的冰荷载,分析不同航速和船宽比条件下两船上的冰阻力大小和特点。扩展多面体离散元方法可有效用于船舶结构的冰荷载分析,其计算结果可为冰区船舶设计和航行安全提供重要参考。

冰凌灾害研究的一个重要课题--冰荷载计算分析与研究

冰对构造物的破坏,越来越引起人们的关注。如何确定作用于结构上的冰荷载,已成为工程设计中必须考虑的安全因素,规范法、公式法是冰荷载常用的计算方法。对国内外有关冰荷载计算公式的优缺点进行了分析与评价,提出对于D/h≤6的窄结构,使用多系数公式计算冰荷载是比较合理的,而前苏联规范比较适合宽尺度直立结构物的冰荷载计算;通过实验验证分析认为,在我国,按照规范进行计算,还是比较符合实际的。

基于ANSYS/PDS的覆冰荷载下高压输电塔可靠度分析

以2008年初南方雪灾致输电塔倒塌为背景,用现有输电塔设计规程作为标准,建立了某输电线路的一塔两线体系精细化有限元模型。考虑输电塔构件尺寸、材料性能及输电塔本身所受荷载的随机性,采用蒙特卡罗有限元法(ANSYS/PDS)进行可靠度设计,分析计算了覆冰厚度4种工况下输电塔的可靠性。结果表明:随覆冰厚度的增加,输电塔的失效概率随之迅速增大;输电塔的强度失效概率远大于刚度失效概率,覆冰荷载是造成强度失效的主要原因,而风荷载是造成输电塔刚度失效的主要原因;如果参考建筑结构构件的目标可靠度指标,现有输电铁塔在目前设计覆冰条件下并不能满足要求。

北极风电送出输电线路风、冰荷载初步探讨

以10个北极地区国际交换站气温数据及模式分析得到的边界层高度变化规律为基础,对比分析了基本风压、风压高度变化系数与中低纬度地区的差异。-70℃温度下空气密度比-10℃温度下增加了29.7%;在北极年平均气温条件下,喀拉海沿岸地区的基本风压比标准空气密度对应的基本风压增大了7.3%~8.7%。北极地区大气边界层高度也比中低纬度地区大,使得风压高度变化系数有所减小,不计入边界层高度的变化,其取值偏于安全。提出了北极覆冰区输电线路需要考虑的荷载类型,给出了研究北极地区输电线路覆冰荷载的静动力分析模型。针对北极地区强风伴随低温条件的特点,结合IEC规范提出了北极地区输电线路风冰荷载概率组合建议。

辽东湾锥体平台结构疲劳冰荷载的蒙特卡洛模拟

利用辽东湾JZ20-2海域的海冰现场监测和数值推算资料,确定了海冰的厚度、速度和弯曲强度等海冰参数的概率分布特征;通过构造锥体结构动冰力函数,对该海域锥体平台结构的疲劳冰荷载进行了蒙特卡洛模拟.统计结果表明冰力幅值和冰力周期均符合对数正态分布.为更加合理地确定锥体平台结构的疲劳冰荷载,对冰力幅值和周期进行了联合概率分析.研究成果可用于辽东湾JZ20-2海域锥体平台结构的可靠性设计和疲劳寿命评估。

弯曲过渡破坏条件下锥体结构的冰荷载分析

现场观测显示,作用在锥形抗冰结构上的冰破坏力变化与冰弯曲破坏的模式过渡相联系,最大冰力在过渡条件下出现。为了确定这一冰破坏力,本文采用半圆环域的薄板模型求得弹性力学解,在小挠度条件下得到了分别与两种弯曲破坏模式相对应的冰力表达式,它们都是冰断裂长度平方的函数。由此确定了过渡破坏条件下的冰荷载。得到过渡的临界条件为锥面的水线半径与冰的环向裂纹的半径之比等于0.467。过渡冰力(无量纲化)的竖向分量为一常数6.28。分析得到的冰力的竖向和水平两个分量通过两组模型试验进行比较得到了验证。研究表明,如果冰的破坏模式落入过渡区,通常在静冰力分析中采用的以楔梁型破坏为基础的冰力模型可能低估冰力的幅值。

扭王字块块体护坡工艺的斜坡结构冰荷载试验

斜坡堤抗冰结构明显优于垂直结构,它使冰排破坏形式以弯曲破坏为主,大大降低作用在结构上的冰荷载.出于抵抗波浪和冰排的作用,在斜坡表面排放"扭王字块块体"预制件,为维修更换提供了极大方便.试验考察了扭王字块块体在冰排作用下的稳定性和作用于斜坡上的冰荷载.试验结果表明:斜坡角度的设计对降低水平作用的冰荷载直接而有效;扭王字块块体的护坡工艺是实用和可靠的.

桩墩间距对冰荷载及过冰能力影响的实验研究

在我国北方的水工结构物的设计建造中,通常要考虑流冰对结构的作用,并且桩墩的间距也是被关注的内容之一。文章主要针对单闸墩、双闸墩间距以及多桩间距对冰荷载的影响进行了模型实验研究,通过定间距闸墩模型实验,以及系列桩间距的模型实验和数据分析,获得了间距对闸墩和桩的冰荷载影响的依据,并得到桩间距与冰荷载的关系曲线,可供相关人员参考。所进行的研究初步论述了浮冰在桩墩结构物前堵塞或通过的条件,并提出了有待进一步研究的新课题。

锥面的冰荷载

本文针对连续体和非连续体的非协调分析问题提出了一个单位力法。针对锥面与冰面的接触力是一个未知函数，提出了一个虚拟的刚性构件组成的可动加载系统。研究了作用于锥面上的冰荷载。进行了若干参量的正交数值计算。用多元非线性回归给出了作用于锥面上的冰荷载的计算公式。分析了锥面冰荷载各个分量对桩腿安全的作用。

多筒基础平台冰荷载作用下基础反力分析

本文将边界层模型用于吸力桩 (筒型基础 )这种特殊的桩体 ,对位于渤海湾锦州地区的JZ9- 3筒型基础系缆平台冰力作用下的土压力进行了计算分析 ,并将计算结果与实测数据进行了对比。结果表明计算值基本上反映了基础土 -筒相互作用的应力状态 ,边界层模型可以有效地分析吸力桩

精细积分在冰荷载识别中应用

冰激振动中引起的动冰力一直是很受关注的问题。根据精细积分法的基本原理,假定外荷载在离散时间步长内按线性变化,给出了一种冰载荷时域识别方法。经数值算例仿真以及在室内开展的冰激桥墩振动模型试验冰荷载反演的结果表明,该方法形式简洁明了,计算量小,应用方便,特别适宜于计算机求解,具有一定的理论意义和实用价值。