基于激光点云的电力杆塔倾斜角度计算方法

本文旨在提出一种基于无人机激光点云数据的电力杆塔倾斜角度自动精准计算方法,用于解决电力杆塔人工巡检验收环节中倾斜度计算效率低下、过程繁琐、难度较高的问题。本方法利用无人机激光雷达获取复杂环境下的电力杆塔点云,采用分层密度统计与塔身结构提取方法,生成电力杆塔中轴方向线,并计算其与杆塔所处位置铅垂线的夹角,得到电力杆塔倾斜角度。为验证本方法的有效性,选取了不同地点4个待验收的杆塔进行实验,通过模拟仿真与影响因素分析,探索了电力杆塔倾斜角度计算的精度。结果表明,本方法对电力杆塔倾斜角度计算的平均绝对误差为0.017 4?,验证了其在电力杆塔人工巡检验收环节中倾斜度计算的有效性与可靠性。

盐渍土环境下考虑耐久性损伤的输电塔风振时程分析

长期服役于盐渍土环境下的输电塔耐久性损伤较为严重,当其材料力学性能退化到一定程度时,在强风作用下,输电塔可能会发生破坏,危害线路的安全运行。基于±800kV天中线特高压直流输电工程直线塔,考虑基础钢筋锈蚀、基础混凝土侵蚀、输电塔杆塔钢材锈蚀以及基础箍筋的约束效应,在ABAQUS有限元软件中建立塔-线-基础耦合模型,研究不同风攻角和材料耐久性损伤对塔身动力响应的影响。结果表明:90°风攻角下塔身顺风向位移最大,为最不利风向基本工况;90°风攻角下输电塔塔顶顺风向位移响应贡献主要以背景分量为主,但共振分量也有一定贡献,主要以输电塔1阶振型频率为主,且随着服役时间的增加,振型频率逐渐降低,相应响应的贡献程度逐渐提高;相同风荷载作用下,随着服役时间的增加,塔身位移逐渐增大,相同服役时间下,随着塔身高度的增加,塔身位移响应峰值增长速度变快,结构振动更加明显,材料耐久性损伤对输电塔的位移响应影响较大。

塔腿主斜材夹角及塔身抗扭布置分析研究

研究了输电塔塔腿主斜材夹角对塔腿的影响并给出合适的主斜材布置角度,对比分析了输电塔塔身交叉型斜材和倒K型斜材2种不同斜材布置形式下的塔身抗扭刚度。结果表明,塔腿主斜材夹角的最优取值范围为30°~40°;倒K型斜材布置的塔身抗扭刚度要低于交叉型斜材布置的塔身抗扭刚度,扭转载荷较大时建议采用交叉型斜材塔身布置。

考虑多重性能水准的特高压双柱悬索拉线塔风灾易损性分析

特高压双柱悬索拉线塔为典型的风敏感结构,其在不同强度风荷载作用下易遭受不同程度的损伤及破坏,针对此类结构的风致损伤评估研究亟待开展。该文提出一种考虑多重性能水准的特高压双柱悬索拉线塔风灾易损性分析方法。首先,开展结构立柱刚性模型的风洞试验,获取立柱的气动三分力系数并模拟得到相应风荷载;进而,定性划分双柱悬索拉线塔的性能水准,并基于Pushover分析给出各性能水准所对应的量化模型;最后,在求得双柱悬索拉线塔概率风灾需求模型的基础上,对其进行风灾易损性分析,并研究风向角对易损性曲线的影响。结果表明:结构主体立柱的气动升力系数CL和气动力矩系数CM在不同工况下均接近于0,气动阻力系数CD则均大于2,且从0°到45°呈递增趋势;基于立柱顶点位移可建立双柱悬索拉线塔的多重性能水准,而由风灾易损性分析可知,双柱悬索拉线塔在正常使用条件下发生各级风致损伤及破坏的概率很小,结构具有良好的抗风性能;风向角对双柱悬索拉线塔风灾易损性影响显著,结构的最不利和最有利风向角分别为90°和0°。

基于主材防屈曲的输电塔新型抗风加固方法研究

输电塔属于高柔结构,风致响应敏感。主材角钢作为输电塔的主要构件,其承载能力特别是受压抗失稳能力是影响输电塔抗风性能的主要因素。以提高主材角钢受压状态下的防屈曲能力为目的,兼顾考虑降低开螺栓孔对原主材的损伤,提出一种新型加固方法。并通过对6个足尺角钢构件进行加载试验,检验该新型方案的加固效果;分析不同加固参数对提升主材性能的影响;采用有限元方法对试验进行数值模拟,确立合理的有限元建模方法,为输电塔整塔加固方案设计提供依据。结果表明:该方案能够大幅提高构件的抗压承载力,并有效改善构件的延性;端部螺栓数目对加固效果影响明显;确定了抱箍间距的合理取值;拼接副主材的应力滞后对加固效果基本没有影响。

碳纤维加固输电铁塔角钢有效性分析

以输电铁塔受损角钢为研究对象,借鉴国内外碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复技术,提出采用碳纤维布加固铁塔角钢的方法。该方法采用胶黏剂将碳纤维布粘贴至角钢表面进行加固,加固过程中不会对角钢产生二次损伤,且流程简便,实用性强。通过建立组合结构数值分析模型,研究碳纤维布加固厚度、加固层数、铺层角度和加固方式对组合构件加固效果的影响。结果表明:使用碳纤维布加固角钢对长细比较大构件承载力的相对提高程度会增大;当采用四层铺设厚度共为0.668 mm的碳纤维布时,对角钢极限承载力的提升基本可以满足加固需求;碳纤维布各铺层角度沿角钢轴心受压方向均采用0°方向进行铺设时,可以最大化加固效果;结合经济性考虑,对角钢进行中包加固方式效果要优于全包加固效果。

基于自适应分层滑模的塔式起重机防摆与定位控制

针对三维空间中呈现二级摆结构的塔式起重机的防摆与定位控制问题,考虑变幅回转联合运行工况,提出了一种自适应分层滑模控制方案。首先将塔式起重机系统分为定位子系统、一级摆角子系统和二级摆角子系统,设计了分层滑模控制律;然后设计了自适应律,提高了系统对参数的适应性和对外在干扰的抑制性能;最后验证了系统的稳定性并对系统进行了仿真。仿真结果表明,系统在受到瞬时扰动时,自适应律可估算出扰动大小,控制器能快速做出反应,调整控制力/力矩以抵消瞬时扰动,使瞬时扰动不对系统的位置以及吊钩和负载的摆角造成明显影响。该文自适应分层滑模控制器能在一定程度上抑制瞬时扰动造成的吊钩和负载的摆动,具有较好的鲁棒性。

塔式低排放旋流器斜径向角对燃烧性能的影响

针对原型燃烧室在贫预混燃烧情况下设计了一种塔式分级旋流器,旨在降低燃烧室出口的NO_(x)以及CO排放.通过使用Fluent软件进行数值模拟,研究了设计工况下塔式旋流器不同斜径向角对燃烧性能的影响.结果表明:斜径向角对燃烧效率的影响差异在0.1%以内,随着斜径向角的增大,燃烧室内回流区后中轴线温度逐渐降低;燃烧室高温区面积逐渐减小;总压损失呈先减小后增大的变化趋势,出口温度不均匀性OTDF值逐渐减小最低达25.82%;出口NO_(x)排放逐渐减小,低至33.9×10^(-6).综合来看,斜径向角为45°时燃烧室整体性能最优.

输电直线杆塔风灾易损性的准静态分析方法

如何合理并高效地评估既有输电杆塔的抗风承载性能及安全裕度,对电网的风灾预测及运维管理具有重要的意义。该文提出一种考虑风向效应杆塔结构易损性评估的高效实用方法。首先基于风工程原理,采用准静态分析框架推导给出不同设计风速下的杆塔整体风荷载的极值概率分布;随后综合考虑输电塔结构参数的不确定性及初始缺陷,通过非线性静力推覆分析(nonlinear static pushover analysis,NSPA)考察杆塔结构的抗风承载能力性能及对应的破坏准则;进而依据随机抽样分析得到杆塔结构的抗风承载力的概率模型;最后采用极限状态函数计算不同风向角下的杆塔风灾易损性概率曲线。研究表明,基于首次超越概率理论可以方便得到准静态分析框架下的整体风效应概率分布;准静态的基底剪力响应不受结构非线性状态影响,可作为整体风荷载作用的评价指标;基于构件屈服破坏与整体破坏内在联系,可建立合理的轻微、严重和倒塌的破坏准则;风向角对杆塔的抗风承载性能和易损性均有着显著影响,杆塔在60°风向角下的易损概率最高。

下击暴流作用下羊角型输电塔的风振动力响应与倒塌破坏分析

输电塔是典型的风敏感结构,易受下击暴流极端强风的影响,导致输电塔倒塌、线路受损等风害故障频发,造成巨大的经济损失。为分析下击暴流作用下输电塔倒塌破坏的原因,根据马鞍山地区一次下击暴流事故中的实测气象数据,以事故中整体倒塌破坏的羊角型直线塔为典例,建立“一塔两线”有限元分析模型,分析下击暴流0°、45°、60°、90°风向角作用下输电塔体系的动力响应,探究下击暴流不同风向角作用下羊角型直线塔-线体系的受力特点、薄弱部位及破坏机理。研究结果表明:90°风向角是直线塔-线体系抗下击暴流作用的最不利工况,是导致直线塔-线体系倒塌破坏的主要原因。下击暴流作用下羊角型直线塔-线结构体系的倒塌破坏是塔腿主、斜材失稳所引起,在抗下击暴流设计时应加强塔腿部位。

输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

塔影效应下风轮仰角对风力机气动特性的影响

考虑风力机塔影效应的影响,针对风轮仰角导致风力机气动特性更为复杂的问题,文章对不同仰角水平轴风力机流场进行了数值模拟,分析了风力机叶片截面压力分布、涡量以及塔筒表面压力随相位角的变化规律,探究了风轮仰角对风力机输出功率的影响。结果表明:增大风轮仰角会降低叶片表面压力,减小叶尖部分压差,使得叶片表面高涡量区域减小;添加风轮仰角会使叶片对塔筒影响减小,塔筒表面高涡量区域随着风轮仰角的增大逐渐减小,降低塔筒表面压力波动。当叶片经过塔筒时,塔影效应对风力机影响较大,风力机输出功率降低;当叶片竖直向上时,风力机输出功率达到最大。为风力机添加仰角后,随着风轮仰角的增大,风力机的输出功率与输出功率波动均呈现先增大后减小的趋势;风力机输出功率在风轮仰角为3°时最大,输出功率波动在风轮仰角为6°时最小。

基于物联网的风力发电机塔筒倾斜监测系统设计

风力发电机运行过程中塔筒状态需要人工定期巡检,存在人员劳动强度大、效率低、维护不及时、管控不到位等问题,容易引发安全事故。因此,结合物联网技术,设计了风力发电塔筒倾斜监测系统,实现了对风机塔筒倾斜角度的采集、远程监测、预警,有效帮助工作人员掌握风机塔筒状态,提高工作效率。通过系统测试表明:系统运行稳定、可靠,能够有效加强电力系统运行的安全性,提高风力发电系统的智能化,具有良好的应用价值。

线弹性迭代的等肢角钢输电塔极限承载力研究

为了规避现有的构件截面广义屈服函数表达形式繁琐的缺点,同时弥补函数不等比例加载的不足,以逐步回归分析为基础,建立了等肢角钢简化的齐次广义屈服函数,提出了一种高效线弹性迭代方法,用以分析输电塔在构件强度方面的极限承载力。首先,利用最小二乘法建立等肢角钢齐次广义屈服函数;然后通过逐步回归分析,逐个剔除函数中影响不显著的各项,简化上述齐次广义屈服函数,同时保证其较高的拟合精度;最后,基于弹性模量调整策略,提出了一种高效线弹性迭代方法,用以等肢角钢输电塔的极限承载力分析。结果表明:所建立的简化形式的齐次广义屈服函数,不仅精度高,而且项数少,克服了现有传统的广义屈服函数表达形式繁琐、不等比例加载,以及由此带来的计算结果不稳定等问题。通过对比传统方法,验证了所述方法在分析输电塔构件强度方面的极限承载力具有高精度和高计算效率的特点。

输电塔角钢构件加固性能试验与有限元对比研究

为研究不同加固方式对输电塔角钢主构件极限承载力的影响,给老旧角钢输电塔加固提供技术支持。提出针对输电塔主材夹具式和穿孔式2种加固形式,分别通过静载试验和参数化有限元模拟,研究不同加固方式、加固位置、连接件间距等参数下加固构件的破坏形态、承载力大小以及加固效果,并分析构件加固机理。研究结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,极限承载力和破坏形态与试验结果相近;加固改变原构件的破坏形态,从整体失稳转变为局部失稳;加固构件两端连接,承载力提高约7%~8%,而增加中间连接后其加固效果比两端连接提升1倍。2种加固方式均能有效提高构件承载力,中间位置增设连接件可使承载力提高更为显著。

新型500kV线路180°转角终端塔设计研究

目前,一般输电线路的耐张塔的转角度数设计范围仅为0°~90°之间。若要实现更大角度的转向,则只能利用多基铁塔来实现。由于架设地貌、环境保护、土地规划等特殊情况下,线路转角可能大于90°,甚至达到180°。本文依托某水电站重建工程,改进了相导线的布置与跳线的连接,优化了铁塔结构,设计了一种全新的500kV线路180°转角终端塔,满足大角度出线的需求,减少土地资源占用,实现了保护自然环境与提高经济效益的双赢。

输电线路角钢塔加劲肋倾斜角度对塔脚板受力性能的影响研究

现有架空输电线路杆塔结构的规程规范未明确角钢塔塔脚板加劲肋倾斜角度布置要求,通常按习惯和经验设定。依托500 kV交流及±800 kV特高压直流输电线路工程铁塔,通过有限元数值方法研究了单主材四地螺、单主材八地螺和双主材八地螺塔脚板在加劲肋不同倾斜角度下的受力性能。研究结果表明,加劲肋倾斜角度的改变对四地螺塔脚板的影响较小,但是对八地螺塔脚板影响相对较大。所研究成果对架空输电线路角钢塔塔脚板计算和制图都有一定的指导作用。

新型小倾角间冷塔内压及展宽平台风洞试验研究

针对1000MW级小倾角双曲线混凝土冷却塔进行风洞试验,通过1∶500的缩尺模型进行散热器透风率分别为0,0.2,0.4,0.6和0.8的测压试验,研究小倾角间冷塔内部风压与散热器百叶窗开度和风速的关系,以及展宽平台封板上表面、下表面和合压力的平均压力系数最大值、最小值随不同工况的变化。通过试验和分析计算得出内压平均风压系数和展宽平台封板体型系数取值,用于小倾角间冷塔的设计计算。

空间异型双塔斜拉桥设计关键问题研究

北海西村港跨海大桥为38.9+70+238+70+38.9=455.8m双塔混合梁斜拉桥,空间双索面布置。桥塔为四根塔柱的宝石型空间异形混凝土塔。由于桥塔及拉索在顺桥横桥方向均有较大角度变化,对设计和施工提出较高要求。本文主要阐述大倾角斜塔、钢锚箱、主梁等构件设计的关键问题,以资借鉴参考。

耐张塔输电线路等值覆冰厚度的简化预测方法

输电线路覆冰会引发断线倒塔事故,严重影响电网的安全运行,准确监测线路覆冰情况具有重要的工程意义和应用价值。在输电线路综合荷载的静力学模型基础上,提出了两种简化的等值覆冰厚度预测方法。第一种简化方法不需要水平档距和高度差参数,减少了输入参数;第二种简化方法不需要角度传感器,避免角度传感器误差造成的预测性能下降,且减小了系统的硬件成本。结果表明:在大水平档距情况下,第一种简化方法与现有方法的预测性能基本一致;在覆冰前后悬垂角变化不大的情况下,第二种简化方法的预测误差在工程允许范围以内。