结构动力弹塑性和倒塌分析(Ⅲ)——地震差动作用下输电塔—线体系的弹塑性与倒塌分析

首先,建立SAP2000有限元模型,采用接口程序SAP2ABAQUS生成为ABAQUS有限元模型。然后,明确给出长周期显式动力加载法实现重力作用下静力效果的加载过程,以完成的重力作用下索找形和初始刚度施加,最终实现重力分析与后续地震激励下动力加载的续接。进而,分别计算四类边界条件的结构体系的动力特性,并通过对转化前后模型的构件与结构模态分别进行对比,从而考察SAP2ABAQUS接口程序的转化精度。此外,更新升级自主开发的MEMS_b V2012.8至MEMS_b V2013.5,并生成多点地震动。最后,通过ABAQUS主程序中开发的子程序进行弹塑性和倒塌分析,考虑大变形和差动输入。结果表明:(1)从实际工程角度验证了所开发接口程序SAP2ABAQUS的转化准确性与高效性;(2)从实际工程角度验证了所开发子程序的可行性与现实可靠性;(3)长周期动力加载法实现静力重力加载过程,理论严格合理、现实可行,克服了隐式静力重力方式加载与显式动力分析不续接问题;(4)从模态与理论分析两方面说明以四塔三线体系作为研究对象的必要性和可信性;(5)地震动的一致与差动输入对于构件塑性铰的出现与发展分布有显著影响,进一步说明多点地震动对于此类结构体系的地震弹塑性反应的必要性。

基于气弹模型风洞试验的输电塔—线体系风致响应分析

为分析输电塔—线体系的风效应,设计并制作了输电塔—线体系完全气弹模型,通过风洞试验测试了不同风速和风向角下单塔沿高位移响应、导线线端张力作用下的绝缘子动应变,导线1/4、1/2和3/4跨位移响应以及挂线后输电塔沿高位移响应。结果表明,输电塔挂线与不挂线位移响应随风速递增,且塔顶位移变化显著;强风作用下导线发生明显的风偏振动;挂线后输电塔线体系振动呈非线性耦合特性。重现了输电塔在极限风荷载作用下的风毁现象,与实际破坏模式相符。可见通过对输电塔进行局部优化,可在增加少量构件的情况下,使倒塔极限风荷载得以显著提高。

强台风下高压输电线路塔-线耦联体系的力学行为仿真分析三：动静力响应对比

高压输电线路风致倒塔事故是近年来影响电力系统安全运行的重要因素。文中以南方电网某220 kV输电线路为背景,考虑铁塔和导、地线之间的耦联影响,运用ANSYS有限元分析软件,建立直线段塔线耦联三基塔两回线模型,对模型分别施加设计风速下的风载荷与时变风载荷,对比模型在两种情况下的静动力位移、应力响应数值差异,分析表明塔—线体系中铁塔的x、z向动力响应位移明显大于静力响应位移,铁塔部分主材轴应力与静力响应数值相比明显增大。研究结果可用于输电线路在风载荷作用下的可靠性分析。

强台风下高压输电线路塔—线耦联体系的力学行为仿真分析二:动力响应分析

风载荷是影响高压架空输电线路安全运行的重要因素,为分析塔—线耦联体系的动力响应规律,以广东湛江某220 kV输电线路为背景,在ANSYS有限元开发环境下,建立三基塔两回线塔—线耦联体系有限元模型。基于Davenport脉动风速功率谱,考虑湛江当地气象条件,模拟生成风速时程,在风速时程作用下,对耦联体系进行风致动力响应分析,并将铁塔动力响应结果与拟静力计算结果进行对比。分析发现,动力分析铁塔顺线路位移是规范拟静力的5.2倍左右,垂直线路位移是静力分析的1.3倍左右;铁塔部分主材单元轴向压应力较拟静力明显增大,这说明现行设计规范存在一定局限性,其结果偏向保守,有待进一步改进或增加设计裕度。

强震持时效应对输电塔-线体系倒塌影响分析

依据工程实际资料,建立了"两塔三线"大跨越输电塔-线体系三维有限元模型,并进行了动力特性分析。选取了3条天然地震波El Centro、Taft和Northridge,并依据Arias强度定义了70%持时地震动和90%持时地震动,采用考虑材料损伤和杆件失稳效应的用户材料子程序,利用动力显式分析方法,研究了强震持时效应对大跨越输电塔-线体系杆件损伤程度、损伤杆件数量以及结构倒塌的影响。研究表明:强震持时效应对结构损伤杆件数量、杆件损伤程度以及结构倒塌有较大的影响;研究结果对于地震作用下输电塔-线体系工作性能的评估以及维修加固具有重要的意义。