考虑基础-土相互作用的采空区输电铁塔承载特性研究

采空区地表沉降后,输电铁塔基础可能发生沉降、倾斜,影响杆件变形及轴力分布,导致杆件失效。以某采空区750 kV输电铁塔为研究对象,建立了输电铁塔、基础与土相互作用的有限元模型,对不同基础型式、不同沉降位置的塔腿杆件轴力分布及变形影响规律进行了分析,同时分析了铁塔基础的受力特性。结果表明,当考虑相互作用影响时,杆件轴力和节点位移随沉降值呈非线性变化;相较于独立基础,不同沉降位置对大板基础的塔腿主材、斜材轴力的影响更大;当基础处于沉降位置时,防护大板能有效减小基础所受应力。

GFRP布无损加固输电铁塔角钢受力性能研究

针对现役输电铁塔在覆冰、风荷载、边坡变形等作用下可能存在承载力不足的问题,研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)布无损加固铁塔角钢的受力性能。首先,利用文献中的物理试验对加固钢材数值试验方法进行验证;其次,以铁塔角钢为研究对象,基于验证的数值试验方法建立72组有限元分析模型,探讨长细比、GFRP布粘贴层数、粘贴长度等因素对角钢极限承载力的影响;最后,推导并改进GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法。结果表明:不同长细比对构件极限承载力影响较大,当角钢长细比大于70时,加固后的承载力提升不明显;增加GFRP布粘贴层数,角钢承载力大幅提升,粘贴8层GFRP布的承载力提升率最高达41.03%;柱中GFRP布粘贴长度为75%与粘贴长度为100%的角钢极限承载力相比提升不大,仅为0.27%~2.10%;对推导的GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法引入修正系数后,数值试验与理论计算值相对误差缩小至-2.70%~1.77%,有效提升理论解计算精度。在对现役铁塔加固时,只需对角钢全长的75%粘贴6~8层GFRP布进行加固,且对于长细比λ≤70的角钢加固效果更好。

输电铁塔装配式基础抗剪键连接的剪切性能

预制构件连接方法及其界面剪切性能影响整个输电铁塔装配式基础的受力和变形.针对螺栓连接易松动、变形大之类的问题,提出采用高强灌浆料灌注成形的十字形抗剪键作为输电铁塔装配式基础连接方案.采用室内剪切试验和数值模拟,研究该抗剪键连接的剪切性能,并与常用的螺栓连接进行对比分析.结果表明:十字形抗剪键剪切破坏模式为剪断型脆性破坏,破坏形态表现为以抗剪键为中心向外略有扩展成菱形.和螺栓连接相比,抗剪键连接的剪切强度略低,但剪切刚度显著提高.浇筑过程中灌浆料外溢对界面抗剪强度有提高作用.抗剪键的抗剪性能与灌浆料强度正相关,但提高灌浆料强度对抗剪性能提升并不明显.抗剪键深度对抗剪性能有影响,但在抗剪键深度超过20 mm后,抗剪键的抗剪性能不再提高.根据剪切试验和数值模拟结果,建议十字形抗剪键设计为长200 mm、宽20 mm、深20 mm.

保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法

针对输电铁塔三维网格模型简化后出现模型细节特征大量缺失的问题,以QEM算法为基础,提出了一种保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法。该算法首先确定了输电铁塔三维网格模型中的细节特征定义,然后提出了输电铁塔细节特征提取策略,并且引入细节特征显著因子和顶点近似曲率因子对QEM算法中的简化代价进行优化。实验结果表明,优化后的算法可以有效保留输电铁塔三维网格模型的重要几何特征和细节特征,避免了简化后模型出现大面积的特征缺失问题,并且相较于普通QEM算法,优化后的算法所简化的模型在最大误差、平均误差和均方差上分别至少下降了39.77%、10.64%和64.99%,实现了输电铁塔三维网格模型的高质量轻量化。

输电铁塔主材内力与基础水平位移关系式的研究

铁塔基础在遭遇地质灾害的情况下会发生垂直和水平位移;相比于水平位移,人们多关注基础垂直位移对塔构件内力的影响,但水平位移对杆件内力影响同样不可忽略,研究输电铁塔基础水平位移与铁塔安全性的关系具有重要意义。为了推导基础水平位移与铁塔主材内力的解析式,运用梁和杆的刚度等效方法和能量法,给出了单腿水平位移作用下四个塔腿承受弯矩的比例关系,推导出主材在第一横格面处的最大弯矩,通过简化模型推导出单腿基础水平位移作用下铁塔各塔腿主材最大轴力表达式,并通过有限元计算对最大轴力表达式进行修正。输电铁塔受上部荷载在主材中主要产生轴向拉(压)应力,而基础水平位移主要产生弯矩应力。本文给出的主材内力与塔腿位移表达式可作为输电线路塔腿基础发生水平位移后铁塔的安全评估的依据。

500 kV输电铁塔力学失效分析和失效预测研究

针对中国南方地区典型覆冰线路,采用有限元仿真方法建立了500 kV输电铁塔的仿真模型,开展了不均匀覆冰下不同覆冰厚度和不同风速等工况的力学特性分析,统计得到铁塔的薄弱点位置规律。基于薄弱点构件的轴向应力和节点位移,开展输电铁塔力学失效分析,并通过基于BP神经网络的输电铁塔力学失效预测方法研究,实现对输电铁塔最大轴向应力和节点位移的预测。结果表明:相同风速和基本冰厚下,长、短档距侧冰厚值相差越大,薄弱点构件轴向应力和节点位移值越大;随着覆冰厚度的增加,风速对节点位移的影响更大;相同冰风荷载下,长档距侧重覆冰对轴向应力和节点位移的影响要大于短档距侧重覆冰;不均匀覆冰工况下,500 kV输电铁塔的薄弱点位置主要分布在输电铁塔塔头地线支架处、上下曲臂连接处、瓶颈处以及铁塔的塔身处。该预测方法可以实现对其最大轴向应力和节点位移的有效预测,为重冰区输电铁塔的失效预测提供了参考。

超高输电铁塔的气动噪声特性研究

超高输电铁塔在保障居民日常生活和工业生产中起到了重要作用,由于极高的高度,其在风荷载作用下产生的气动噪声问题不容忽视。本文针对超高输电铁塔气动噪声扰民的问题,建立了其计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算模型,采用标准k-ε湍流方程进行稳态初场的计算,并在此基础上采用大涡模拟方法与声类比方法进行瞬态流场计算及气动噪声计算,分析流场的流动特性及气动噪声特性。结果表明,4根主纵梁以及电梯井的左右两侧具有强烈的压力脉动,是主要的气动噪声源,其最大值出现在电梯井顶端区域;各虚拟测点的总声压级沿高度先增加后减小,总声压级沿高度的变化由风速与输电铁塔自身结构尺度参数共同控制;通过声成像测量方法确定了声源的在塔身中部以上、横担以下的位置,验证了仿真结果的正确性;声压级与风速的峰值出现的时刻基本吻合,输电铁塔风致噪声与风速存在着强相关性。本文的研究结论对于超高输电塔气动噪声特性的研究和输电塔的降噪设计具有指导意义。

输电铁塔均匀锈蚀角钢构件蚀余承载力评估

角钢是输电铁塔的重要受力构件,受环境因素影响,角钢可能会出现不同程度的锈蚀,严重时会有结构安全风险。为了建立均匀锈蚀角钢构件的蚀余承载力评估方法,本文通过中性盐雾腐蚀试验,确定了匀锈蚀角钢构件的量化特征,分别为锈蚀率和最大残余率。并以量化特征为基础,利用有限元分析法模拟不同锈蚀程度角钢的最大承载力,再计算出承载力折减率。最后拟合出锈蚀率、最大残余率和承载力折减率间的数学关系。研究结果显示,此次建立的拟合函数精度较高,可用于预测均匀锈蚀角钢的蚀余承载力,从而指导工程活动。

矩形钢管在输电铁塔中的应用研究

近年来,圆形钢管构件由于其全对称、体型系数小的截面特性,在特高压输电铁塔或者大跨越塔中得到了大规模的应用,但是圆截面在微风中容易引起涡激振动,微风振动在已投运线路中时有发生,个别还造成了构件的破坏。矩形构件斯托罗哈数较小,可有效改善构件的气动性能,提高构件的起振临界风速,本文通过对矩形构件的宽厚比,起振临界风速、驰振风速等方面进行计算分析,结果表明:矩形构件在不增加工程量的情况下,可大幅提高起振临界风速,可在结构的辅助构件或者隔面中应用。

氟碳涂料在输电铁塔的应用及前景分析

我国输电铁塔腐蚀防护工作越来越受到重视,本文总结了输电铁塔的腐蚀原因及目前采取的主要防腐措施,介绍了氟碳涂料的主要性能及应用领域,分析了以氟碳涂料为输电铁塔防腐涂层的优势和目前氟碳涂层在输电铁塔的应用情况,并展望了氟碳涂料在输电铁塔应用的前景。

焊接机器人在输电铁塔制造中的应用

传统焊接技术的低效和高成本是制约输电铁塔制造企业发展的关键因素。随着焊接机器人在输电铁塔制造中的广泛应用,突显了其提高生产效率、降低成本、确保焊接质量的优势。文中通过对当前输电铁塔制造中面临的问题和挑战的分析,对焊接机器人的优势和特点进行了阐述,重点介绍了焊接机器人在塔脚和节点的焊接工艺方面展现出的显著潜力,并分析了铁塔焊接所需突破的关键技术,如焊缝跟踪、离线编程与路径规划、多机器人协调等。最后,对焊接机器人在输电铁塔制造中的应用前景进行了展望。

基于LS-DYNA研究输电铁塔倒塌对临近埋地输气管道冲击影响

为了研究高压输电塔倒塌产生的冲击对临近埋地输气管道的影响,以交叉敷设的某110 kV高压输电塔与某输气管道为研究对象,采用LS-DYNA软件模拟计算管道受输电塔倒塌冲击产生的应力、位移、移动速度的变化规律。研究表明,加管沟保护后管道的最大等效应力减少约26.89%、最大总位移减少约48.60%、最大总压力减少约30.61%、最大总速度减少约44.57%,其保护效果显著。

一种基于5G和北斗授时技术的抽水蓄能电站高压输电铁塔状态监测系统

抽水蓄能电站中的高压输电铁塔一般处于比较陡的山坡上。为了克服抽水蓄能电站中传统人工巡检困难和运检人员不能实时获取输电铁塔状态信息的弊端,设计了一种基于5G和北斗授时技术的抽水蓄能电站输电铁塔状态监测系统。该监测系统主要由现地单元采集终端和远程监测中心两部分构成。现地单元采集终端实时获取依附在铁塔上的传感器采集信号,该终端中配置了我国自主研发的北斗授时模块作为时间基准的同步时钟,可准确获取采集铁塔状态信息的时间,有利于抽水蓄能电站对铁塔现场更精准的控制,通过低时延的5G加密通信模块高速转发,如果无5G的情况下,北斗授时模块会通过短报文的形式发出告警信息,采用IP65防护等级箱子;监测中心软件基于面向对象的Qt Creator设计。同时,为了避免较强的电磁干扰,现地单元监测终端设有电磁隔离层。对该系统试运行3个月以来,系统性能可靠稳定,满足电力系统对时间准确度高的特点,符合新型电力系统数字化要求,具有一定的工程应用推广价值。

同塔多回高压输电铁塔结构设计及应用

我国电力系统发展中,局部地区面临高压直交流输电线路走廊交叉问题,可采取同塔多回高压输电架线模式,解决匮乏的线路走廊资源情况,需要优化设计输电铁塔结构,保证铁塔可靠性。文章以山东菏泽巨野彭越(段庄)220kV变电站110kV送出工程为例,简要分析同塔多回高压输电铁塔建设要求及结构设计,并以此为基础,提出实际应用措施,从而为相关工作者提供参考。

输电铁塔稳定性及其在线监测分析探讨

本文以输电铁塔为基础,通过对输电铁塔稳定性分析,展开对在线监测技术的研究,实现对输电铁塔的安全管控,保障输电铁塔发挥相应功能。本文在分析中,首先分析输电铁塔的一般情况,其次对输电铁塔的稳定性进行分析,然后再对在线监测进行研究。经过稳定性和在线监测分析后,及时排除干扰因素给输电铁塔带来的不良影响,保证输电铁塔持续稳定运行,推动电网行业的稳定发展。

输电铁塔稳定性及在线监测系统研究

本研究旨在深入分析输电铁塔稳定性影响因素,探讨在线监测技术在输电铁塔稳定性监测中的应用,为输电铁塔稳定性评估和预警提供理论依据和技术支持。

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。

大断面隧道下穿既有高压输电铁塔施工方案比选及其应用

李家冲大断面公路隧道下穿既有高压输电铁塔,施工风险高。在风险分析的基础上,提出可能的应对措施,通过建立高压输电铁塔与大断面隧道施工相互作用的三维数值模型,对注浆加固山体后采用双侧壁导坑法开挖、H型框架梁加固塔基后三台阶留核心土法开挖、以及塔基托换后三台阶留核心土法开挖等方案进行比选,提出采用H型框架梁将高压输电铁塔塔基连成整体的加固方案。数值计算及现场实施效果表明:采用H型框架梁对铁塔基础进行加固,铁塔基础成为整体结构后再进行大断面隧道三台阶留核心土开挖,可有效控制铁塔的累计沉降及不均匀沉降,铁塔受力与变形均在容许的范围之内,在保证铁塔和隧道施工安全的同时,加快了施工进度,技术经济效果非常明显,可供类似工程参考。

输电铁塔用角钢的应用及低温服役性能研究

随着中国超特高压输变电工程的迅速发展，输电铁塔用钢的强度等级与发达国家的差距正逐步缩小。然而，国内由于低温引起的倒塔事件却时有发生，铁塔用钢的低温服役能力问题越来越受到关注。该文阐述了输电铁塔用钢的低温服役能力及应用现状，对中国输电铁塔用角钢Q235、Q345及Q420抽样进行室温拉伸和低温冲击性能测试，研究了-75～25℃温度区间角钢的韧脆转变趋势。结果表明：3种角钢的拉伸性能均达到GB／T1591-2008要求；冲击功均随温度升高而增加，Q235及Q345的冲击韧性较好，分别在一5和一15℃时平均冲击功达到34J；Q420在试验温度区间内一直处于脆断状态，25℃冲击功仍小于30J。

下击暴流作用下输电铁塔荷载取值及承载性能分析

下击暴流会给输电线路造成巨大危害,已引发生多起倒塔事故。基于ASCE关于高强度风区域输电线路设计的相关规定,综合考虑下击暴流尺度特征和输电线路经济性设计原则,提出了下击暴流作用下输电线路的设计荷载取值建议。采用Vicroy风速剖面模型,计算得到了内陆和沿海地区典型输电铁塔在下击暴流作用下的风荷载。建立了输电铁塔空间有限元分析模型,通过结构受力分析,确定了输电铁塔在下击暴流作用下的受力特征和破坏模式。结果表明:下击暴流作用下,输电铁塔杆件应力主要由45°大风控制。对于设计风速较低的内陆地区,尽管铁塔结构高度不在下击暴流最高风速区域,下击暴流风荷载明显高于常规风,塔腿横隔面以上主材会首先发生破坏;对于设计风速较高的沿海地区,下击暴流风荷载低于常规风,下击暴流在铁塔设计中不起控制作用。