输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.

输电铁塔及塔线耦合体系动态特性研究

为研究输电铁塔及塔线体系的动态特性,运用ANSYS建立1D2-SZ2型铁塔单塔和"两塔三线"模型.采用有限元法对导线进行找形分析,研究了单塔和塔线体系的固有模态.结果表明,有限元计算的导线弧垂和应力值结果与理论值基本一致,有限元法能够准确地进行导线找形;单塔和塔线体系具有振型多样性的特点,单塔局部振型集中在塔身及横断面附近,应注意结构补强设计;塔线体系在低阶模态为导地线振型,较好验证了导线刚度小于铁塔刚度,为进一步研究塔线体系下风荷载,地震等动态特性具有指导意义.

重冰区接地极线路铁塔塔线耦合对塔重影响分析

接地极线路是连接极址和站址的重要线路,现阶段重冰区接地极铁塔设计时,为单个铁塔进行设计,未考虑塔线耦合作用对塔的影响。本文以采用有限元的方法,构建重冰区接地极铁塔塔线耦合模型。对比计算考虑塔线耦合和不考虑塔型耦合时,直线塔与耐张塔塔腿主材内力和导线挂点的纵向不平衡张力,计算结果表明考虑塔型耦合时,导线挂点的不平衡张力减小约8%,从而导致塔腿主材内力可以减小约3%。由此可以看出,考虑塔型耦合可以减小不平衡张力,减轻铁塔重量。

输电塔及其塔线耦合体系的模态分析研究

构建了SDG42终端塔和ZB39直线塔的两种有限元模型,通过模态分析对比分析其振型。构建了ZB33一塔两线有限元模型,通过引入质量单元mass21和构建输电线两种形式,考虑输电线和输电铁塔两者的耦合作用并分析其模态,发现以质量点的形式考虑输电线对输电塔的模态影响作用,计算所得的铁塔自振频率偏小,计算数值很接近。

特高压钢管塔及塔线耦合体系动态性能研究

为分析典型特高压钢管塔及塔线耦合体系的动态特性,利用ANSYS软件建立特高压钢管塔“四塔五档线”模型,采用有限元方法对导地线进行静力学平衡计算,研究了塔线耦合体系的固有模态及振型,结果表明:有限元计算的导地线弧垂值与理论计算值之间的相对误差均小于5%,符合工程容许范围;塔线耦合体系具有振型多样性特点,其基频率数值一般较小且模态振型较密集,前500多阶模态振型基本上都集中在导地线上,而以输电杆塔为主的模态振型则出现的较晚,进一步验证了导地线刚度小于铁塔构件刚度。

塔线耦合作用对输电塔线风致响应的研究

由于输电线路具有传输线路长、易受周围环境影响等特点,因此输电塔线的风致响应一直是一个研究热点问题。而输电铁塔与导线具有一定的耦合作用,当输电塔线收到风荷载的作用时,该耦合作用可能会对输电塔线产生不利影响。为解决上述问题,本文重点关注了输电塔线耦合作用对最不利风向的影响,并进行了仿真计算,本文所得结论对后续输电塔线风致响应提供了一定的理论参考。

考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统抗震可靠度分析

为研究输电塔在土结相互作用(Soil Structure Interactions,SSI)和塔-线耦合作用影响下的抗震可靠度,提出了考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统抗震可靠度分析方法.建立考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统简化力学模型,推导其在随机地震作用下的运动方程.基于随机函数-谱表示方法模拟随机地震动加速度时程,对耦合系统进行随机地震动力响应分析.以基于GF-偏差点集的样本分数矩最大熵法估计随机地震响应极值分布,并求解耦合系统抗震可靠度.选取工程中某特高压输电塔-线体系作为研究对象,对本文方法的有效性进行验证.结果表明,当塔底地基土为软弱土时,考虑SSI效应后,塔顶位移响应极值增大约46.59%,加速度响应极值增大约17.43%,结构失效概率增加约70.32%.考虑塔-线耦合作用后,塔顶位移响应极值减小约0.51%,加速度响应极值增大约1.74%,结构失效概率减小约15.71%.对于考虑SSI效应的输电塔-线耦合系统,塔底地基土越软,塔顶位移与加速度响应极值越大.与蒙特卡洛法相比,本文方法求解的结构失效概率最大误差仅为9.97%,具有较高的精度和计算效率.

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及动力失稳分析

跨海输电塔线体系具有铁塔高、跨度大、风速大、恢复困难等特点,是岛屿电网的关键薄弱位置,尤其受台风等灾害天气影响严重,为进一步认识跨海输电塔线体系的风振响应特点和强风作用下的铁塔风致失稳特征,以温州洞头某线路典型跨海段(耐—直—直—耐)线路为研究对象,采用ABAQUS软件建立该跨海段两塔三线有限元分析模型。首先分析导线、裸塔及塔线体系的动力特性参数,然后开展不同风向角下的风振响应分析及位移风振系数计算,最后,采用增量动力分析方法(incrementaldynamicanalysis,IDA)模拟强风作用下考虑塔线耦合效应的铁塔非线性倒塌过程。研究表明:大跨越导线、地线对输电塔在不同风向角下的风振响应影响存在差异,0°风向角下,大跨越导线、地线增大体系的阻尼,降低风振响应;90°风向角下,大跨越导线、地线在横向风作用下产生较大面外位移,增大塔线体系的风振响应;强风作用下,输电塔斜材相较于主材更容易发生动力失稳,引起结构内力重分布,使得塔身中上部受力集中,最终导致输电塔发生渐进式倒塌。

酒杯塔塔线耦合体系覆冰导线舞动分析

采用非线性有限元分析方法研究了塔线耦合体系覆冰导线舞动的规律及特点,以及输电线舞动对酒杯塔受力及变形的影响发现绝缘子的布置型式对覆冰导线舞动的幅值及规律有很大的影响;由于塔线耦合的作用,左右跨的各相导线在具有相同覆冰厚度、形状以及受相同气动载荷情况下,所形成的舞动幅值及相位存在差异,从而导致输电线作用在塔上的力沿各方向分力不平衡,导致输电塔产生沿导线方向侧弯变形、与导线垂直方向侧弯变形以及横担的扭转变形;在导线舞动过程中输电塔的最大应力交替出现在塔头刚度较弱的部位.

特高压重冰区地线支架脱冰动力响应安全性研究

为了探究特高压重冰区输电塔地线支架在脱冰动力荷载作用下的安全性,基于脱冰数值计算理论,建立了地线的脱冰数值模型和塔线耦合数值模型,研究了地线在不同工况下的脱冰动力响应和不同地线脱冰情况下铁塔地线支架的承载力安全性。脱冰研究表明:地线脱冰时,高差越大,脱冰产生的上拔力越大;档距越大,纵向不平衡张力越大;覆冰越厚,地线脱冰产生的纵向不平衡张力越大,产生的的上拔力越小。塔线耦合脱冰研究表明:多档模型下,地线脱冰时,悬垂直线塔地线支架正面和底部斜材存在应力比超限情况,现有设计方法偏于不安全;耐张塔地线支架不受脱冰动力响应控制。建议重覆冰区地线支架设计时仅考虑地线脱冰产生的上拔力影响,上拔力取地线最大使用张力的1.0%~5.0%,覆冰越厚,上拔荷载可越小,厚度为20 mm、30 mm、40 mm、50 mm、60 mm冰区的上拔荷载分别取为最大使用张力的4.0%~5.0%、3.0%~4.0%、2.5%~3.0%、2.0%~2.5%和1.0%~2.0%。

考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究

考虑塔-线耦合作用的体系风振响应以及对应情况下的输电塔等效风荷载的风振系数取值是输电塔抗风设计的基础,结合某220kV输电线路一塔两线实例,通过气弹性风洞试验和有限元数值模拟的方式,研究输电塔在考虑导、地线耦合作用下的风振响应规律,计算其对应的输电塔等效风荷载的风振系数,并与我国现行规范中的相关取值进行对比,结果表明:横担和输电线的存在使得塔身中上部的风振系数明显增大,在进行输电塔设计时需考虑其影响;建议采用《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)和《高耸结构设计规范》(GB50135—2006)来计算风振系数时,对横担位置进行修正或单独考虑,而《架空输电线路荷载规范》(DLT5551—2018)更适用于输电塔类结构的风振系数的计算。

塔-线耦合模型的建立及其在输电工程中的应用

目前输电线路的设计方法中,塔架与导地线是分开考虑的,导地线荷载作为外力施加在塔架上;对于刚度较小的塔架,受载荷作用时塔架上部容易产生较大位移,塔架与导地线之间的耦合作用明显,不能忽略。为此,本文考虑塔架和导地线沿导地线方向的耦合作用,提出导地线力-位移等效元的概念,给出整个输电线路系统的理论等效模型,进行非线性数值仿真和实验比较。结果表明:等效模型理论值与数值仿真和实验结果吻合较好;并给出断线和覆冰情况下用等效模型计算的示例,对输电线路的整体设计具有指导和应用价值。

大跨越输电塔线的断线振动及控制

借助有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立塔-线耦合模型,采用显式动力分析技术,探讨塔-线体系对断线响应的仿真方法。同时,在塔头安装铅芯橡胶阻尼器,研究该阻尼器对体系断线相应的振动控制效果。通过汉江大跨越算例,验证了断线仿真方法的实用性和铅芯橡胶阻尼器对输电塔在线路断线作用下振动控制的有效性。

不均匀沉降条件下输电塔线体系安全性能研究

为准确获知采空区不均匀沉降条件下输电塔线体系的安全性,构建了单塔模型和输电塔线体系的三塔四线模型,基于数值模拟分析方法,研究支座不同位移工况下输电塔或塔线体系的杆件应力、塔体变形、电缆线及相互影响等。分析结果表明单支座沉降会使塔腿应力显著变化,双支座沉降会使得塔体产生明显的倾斜趋势并致使拉紧侧电缆线应力增大。结论指出,在进行采空区输电塔线体系设计,应考虑双支座沉降对电缆线及邻塔的影响。

输电塔线体系断线动力响应及杆塔破坏模拟研究

利用ABAQUS软件建立500kV典型输电线路段塔线耦合体系的精细有限元模型,数值模拟覆冰塔线耦合体系断线后的动态响应和杆塔破坏过程。对杆塔引入等效塑性应变破坏准则,当单元的最大等效塑性应变达到许用值时,删除单元以模拟杆塔的破坏。数值模拟结果与按我国电力设计规程以及IEC设计规程的计算结果比较表明:地线断线时用塔线模型和规程计算得到的杆塔应力的差别较导线断线时大,地线和导线断线时杆塔的最大应力均大于两种规程的计算值;杆塔上与地线连接的角担是断线时的薄弱区域。现行电力设计规程中采用静力分析方法对断线产生的冲击动力作用的估计不足。

地势与档距对输电塔线体系平面外自振频率的影响

针对地势高差与档距对输电塔线体系平面外自振频率的影响,在有地势高差的情况下改变不同档距,利用SAP2000有限元分析软件建模,对塔-线耦合体系平面外自振频率进行分析计算,获得了有地势高差情况下不同档距的塔-线耦合体系平面外自振频率规律,对输电塔抗风、抗震设计具有参考价值。

大跨越输电塔-线在线路脱冰作用下的振动

输电线路覆冰后的脱冰动力分析十分复杂。以某1000 kV大跨越为工程背景,借助非线性有限元方法建立塔-线耦合模型。为了考虑线路覆冰的弯曲刚度,采用梁单元模拟覆冰,采用单元生死法模拟脱冰,分析塔-线体系对线路脱冰的动力响应。结果表明,线路覆冰后体系的低阶振型基本没有变化,而自振周期变长了;地线脱冰后体系的振动响应衰减较快,而导线脱冰后体系的振动响应衰减较慢。同时,输电塔的位移响应,脱冰50%比脱冰100%时小,而对跨中电线的跳跃幅值,脱冰50%比脱冰100%时大。

海岛大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数

以2020年"黑格比"台风中倒塔的海岛大跨越塔线体系为研究对象,分析了"黑格比"台风对洞头海岛电网的影响,采用Ansys建立了裸塔及塔线体系的有限元模型,分析了裸塔和塔线体系的动力特性。其次,结合现有规范开展了输电塔线体系风荷载静力加载及脉动风速时程拟合方法研究,分别开展了0°、90°等风向角下静力分析和动力时程分析,得到了裸塔、塔线体系中输电塔位移、主材应力静载响应和风振响应,不仅对比分析了裸塔、塔线体系输电塔的风荷载静载效应与考虑脉动风的风振响应,还对比了不同风向角对输电塔风载效应的影响。此外,还采用频域分析方法开展了输电塔风载效应的功率谱分析,进一步揭示了脉动风的荷载效应及导地线的耦合效应。最后,基于输电塔位移响应开展了裸塔、塔线体系输电塔的位移风振系数分析。研究及其相关结论对今后开展输电塔抗风设计、加固具有重要的参考价值。

国内输电线铁塔风振响应研究进展

输电线铁塔由于有横担存在,结构外形和质量有较大突变,属于不规则结构。风荷载是输电线铁塔的主要荷载,其特性十分复杂。输电线铁塔风振响应研究是输电线铁塔研究中的热点和难点。本文对国内输电线铁塔风振响应研究现状与进展进行了全面回顾与展望,涉及到铁塔风振特性分析、塔线耦合作用研究、塔基耦合作用研究和特殊风场作用研究等方面。

大跨越输电铁塔位移风振系数时频域计算分析

大跨越输电塔是风敏感结构,位移风振系数对跨越塔选型优化具有重要意义。以典型500 kV大跨越输电塔为研究对象,分别在ANSYS中建立了单塔和塔线体系有限元模型,通过模态分析得到了跨越塔前3阶自振频率,按照随机振动理论计算了跨越塔整体位移风振系数,跨越塔位移风振系数与高度无关。通过非线性风振响应时程分析,得到了跨越塔典型风压分段代表节点的位移时程曲线,基于有限元计算结果计算了跨越塔各风压分段的位移风振系数及整塔加权值,位移风振系数时域计算值沿高度变化不大。跨越塔位移风振系数频域计算值为1.54,比按照塔线耦合模型在时域计算的位移风振系数整塔加权值低12.9%。