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。

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

以建设中世界最高输电铁塔——— 346 .5m高、5 0 0kV江阴大跨越塔为工程背景 ,通过气弹模型风洞试验 ,对大跨越输电塔线体系动力特性和风振响应进行了研究 .采用外形、质量、刚度分离的处理方法设计了大跨越塔模型 ,塔线体系为两塔三段线模型 .用自由振动法测得单塔和塔线体系的自振频率和阻尼比 ,进行了多个风速下单塔、塔线体系在均匀流场和紊流场中的风洞试验 .通过对试验结果的分析 ,揭示了大跨越输电塔线体系动力特性和风振响应特点 。

大跨越输电塔线体系气弹模型风洞试验

针对大跨越输电塔线耦合体系的风振响应问题,以规划中的世界第一高塔——某大跨越输电塔线工程为原型,采用离散刚度法设计制作了塔线体系的气弹模型,并在紊流风场中进行了多个风向角、多个风速下的单塔和塔线体系气弹模型风洞试验.试验结果表明,输电塔的响应可以分解为共振响应与背景响应.通过分析塔线耦合作用对输电塔2部分分量的影响,揭示了塔线体系的风振响应特性.塔线体系与单塔相比,由于阻尼的增加导致共振响应有所降低,而迎风面积的增大使得背景响应有较大幅度的提高.分析塔线体系总的风振响应必须同时考虑塔线耦合作用对2部分分量的影响.

大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制

以规划中的世界第一高塔——舟山大跨越输电塔为工程背景,在以往工作的基础上,针对塔线耦合体系背景响应与共振响应各自的特征,进一步研究了塔线体系风振响应的频域简化分析方法。通过与单塔风振响应的比较,明确了塔线耦合作用对两种响应分量所造成的不同影响。与时域方法计算结果的对比表明,采用频域分析法,不仅可以获得准确的风振响应,同时提高了求解的计算效率。以简化分析法为基础,选取粘弹性阻尼器为被动耗能装置,采用多目标优化的混合遗传算法计算得到了塔线体系的风振控制方案,并通过理论计算与气弹模型风洞试验对该方案的风振控制效果进行了验证。

悬挂质量摆对大跨越输电塔的风振控制

为了研究被动控制装置对格构式高耸结构的控制效果,提出了一种悬挂质量摆风洞试验模型.基于控制减振机理和结构风振控制方程,进行了悬挂质量摆对输电塔结构风振控制的全塔气动弹性模型试验.采用Simiu脉动风速功率谱密度函数,利用三角级数法模拟了节点风速时程.根据准定常理论,计算了悬挂质量摆控制前后结构顺风向的加速度时程和均方根(RMS),并进行了参数优化分析.研究结果表明,由模拟风载计算得到的塔顶RMS与试验结果吻合较好,该质量摆模型可有效减小输电塔的风振响应.

大跨越输电塔线体系风振响应的时域分析

以规划中的世界第一高塔-舟山大跨越输电塔为工程背景,建立了塔线耦合体系的空间有限元模型,对体系的风振响应进行了时域分析,同时对输电塔线体系进行了气动弹性模型的风洞试验。通过理论计算和试验研究,将输电塔的响应分解为共振分量与背景分量,并分别考虑了输电线对这两部分分量的影响。针对背景与共振响应各自的特征,进一步提出了塔线体系的简化计算方法:背景分量的计算可以应用准静态假定,采用方差分析法得出;将塔线体系等效为悬吊摆系统,从而简化了共振分量的计算。上述两部分计算结果相叠加,即可得到塔线体系真实的风振响应。

500kV淮蚌线淮河大跨越输电塔振动测试与模态识别

由于大跨越结构对环境荷载较为敏感,对其实施安全监测与评估的研究具有工程应用价值,而获取输电塔建成初期的动态特性是安全监测与评估的重要前提。对淮蚌线淮河大跨越输电塔实施振动测试,测量该塔在环境激励下的振动响应。采用仅输出可测条件的模态识别方法,识别了输电塔的结构动态特性,并与有限元分析结果进行比较,显示模型能够准确地反映输电塔的动态特性。

大跨越输电塔线体系动力特性及风振响应

以正在建设中的世界第一高 3 46 5m的输电塔———江阴大跨越为工程背景 ,建立了考虑输电线、绝缘子和塔架耦合的两塔三段线分析模型 ,用非线性有限元分析方法对大跨越塔线体系进行了风振响应分析 ,并进行了气动弹性模型风洞试验。通过理论计算和试验研究 ,指出输电线对塔架的自振频率影响较小 ,而结构体系风振响应分析则应考虑塔线耦合影响 。

500kV大跨越输电塔振动在线监测与模态分析系统

结合500kV蚌埠—淮河大跨越输电塔实际工程,设计开发了输电塔振动在线监测与模态分析系统,该系统实时不间断采集输电塔振动、气象环境数据,通过CDMA移动通信网络和Internet远程传输至输电线路运营单位,实现监测数据实时显示、信号分析、在线模态参数识别等功能,为输电塔设计、运行维护、抗灾减灾研究提供依据,同时对开展输电塔健康状态监测、安全评估具有一定的参考价值。

大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究

为在时域内分析大跨越输电塔-线体系风振响应,根据结构体型特征和脉动风场的功率谱特性,考虑输电塔-线分布、平均风剖面变化、功率谱能量与相干性等影响因素,提出了简化作用于输电塔线体系的多变量三维脉动风场(n-V-3D)为多变量一维脉动风场(n-V-1D)分析方法。结合输电塔线体系有限元法风振响应分析的特点,应用谐波叠加法和谱分解的适当修正,建立了脉动风速时程数值模拟方法。实例模拟表明,数据符合统计检验,模拟功率谱与目标谱吻合,从而验证了模拟方法的有效性和模拟脉动风速时程适用性。

特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析

针对特高压大跨越输电塔跨越档距大、塔体高且负荷重的特点,从材料选取、导线排列方式、结构动力特性以及风振响应等几个方面对1 000 kV特高压双回路跨越输电塔进行分析,总结了所研究塔型的动力特点,对其风振系数进行了计算和讨论,并根据动力特性分析提出了结构设计中风振系数的取值方法。结果表明:风振系数具有较大的离散性,不同塔身高度应取不同的值进行计算;该方法为特高压大跨越输电塔的结构设计提供了参考。

大跨越输电塔-线耦联体系振动台试验模型设计研究

以某220V大跨越输电线路为背景,研究了大跨越输电塔-线耦联体系振动台试验模型设计。根据相似理论对输电塔模型设计,运用刚度等效原则确定各构件截面尺寸,通过有限元模型计算和试验模型白噪声扫频,得到输电塔的基频计算值与试验值。根据导(地)线动力特性和质量相似关系,对导(地)线进行二次缩尺,确定了导(地)线弧垂和线密度,对比分析了原型的频率和试验模型的频率。采用完全质量配重方法对大跨越塔-线体系缩尺模型进行配重,以期获取结构弹塑性响应结果。该缩尺模型设计理论可为大跨越输电塔-线体系结构振动台试验设计提供参考和依据。

大跨越输电塔的结构优化分析

为了研究和解决大跨越输电塔的优化设计问题,以结构截面、根开和腰部尺寸为设计变量,以结构质量为经济性优化目标,以结构各构件应力比差的平方和为等强度优化目标,提出了经济性等强度优化设计方案,建立了优化目标函数,并采用APDL语言编制了相应的优化程序,利用基于共轭梯度法的一阶优化算法对优化目标函数进行了求解.优化计算结果表明,经济性优化设计方案侧重于节省钢材,等强度优化设计方案则侧重于结构的等可靠性,而经济性等强度优化设计方案既可以满足工程的经济性要求,又可以适当提高结构的整体安全性.

大跨越输电塔主材加劲钢管残余应力分布特点研究

加劲钢管是把纵向或横向加劲肋焊接在传统钢管内壁上而生成的一种新型构件,已计划作为大跨越输电塔的主材,残余应力对加劲钢管的性能具有重要影响。首先根据大跨越输电塔工程需要,设计了3种不同加劲肋布置方式的加劲钢管和1种无加劲肋钢管的试件,每种试件各3个,共12个试件;然后采用盲孔法测试了这些试件的残余应力。研究结果表明:加劲钢管的残余应力场可视为钢管对接焊缝和加劲肋焊缝残余应力场的叠加。该应力场具有以下特点:加劲钢管的残余拉应力峰值和位置与无加劲肋钢管基本相同;加劲钢管的残余压应力峰值大于无加劲肋钢管,且其残余压应力峰值位置会有较大变化;加劲钢管的加劲肋处存在明显的残余拉应力,但该残余拉应力明显低于钢管对接焊缝处的残余拉应力。

大跨越输电塔-线体系的风控效果研究

本文研究了大跨越输电塔-线体系风控效果的敏感性和橡胶铅芯阻尼器的实用性,从橡胶铅芯阻尼器的变形、刚度和阻尼各自的减振效果等方面验证了阻尼器的风控效果。研究表明:阻尼器控制后大跨越输电塔-线体系的位移响应均大幅降低;各风向角动风作用下均会引起大跨越输电塔-线体系的横线向和顺线向振动;同时,位移响应的最不利风向角与内力响应的最不利风向角不一定相同。塔高和输电线张力均会影响大跨越输电塔-线体系的横线向与顺线向的位移和加速度响应和风控效果。在设计风速下,安装于优化位置的橡胶铅芯阻尼器均能正常工作,其刚度和阻尼对大跨越输电塔-线体系的风控效果均有贡献,阻尼发挥了主导作用。

大跨越输电塔风振系数研究

针对三江口长江大跨越输电塔工程实例,用SAP2000建立该塔的三维有限元模型,对模型进行有限元动力分析,计算结构适用于工程设计的输电塔第一自振周期及第一振型系数,确定大跨越塔的风振系数,以指导大跨越塔的抗风设计.

1000 kV特高压大跨越输电塔调谐质量阻尼器减振效果分析

本文结合有限元模拟和风洞试验方法,研究了大跨越输电塔这一类高耸结构在有、无调谐质量阻尼器(TMD)时的风振响应。结果表明,当阻尼器占主结构质量比为2%时,对结构在横线和顺线方向的第一阶弯曲振动控制较好,放置TMD可增大结构的阻尼比,提高输电塔振动响应中的加速度均方根及位移均方根减振率,有利于输电塔结构整体的振动控制。

淮蚌线淮河大跨越输电塔有限元建模和修正研究

超高压大跨越输电塔构成复杂,且具有塔体高、档距大等特点,对地震、风以及导线覆冰等效应的反应灵敏。为了对其进行结构健康监测和安全评估问题的研究,需要建立能够较准确反映结构动力特性的模型。通过对淮蚌线淮河某500kV大跨越输电塔有限元模型的建立及动力特性参数的计算,结果表明:计算结果与实测结果存在较大误差,从质量、刚度及边界条件等角度进行分析,进而对有限元模型进行修正。修正后计算动力特性参数与现场测试结果基本吻合,为进一步开展输电塔结构安全评估提供了基准模型。

江阴500kV大跨越输电塔线体系模型风振控制试验研究

以正在建设中的国内高度最高、跨越距离最长的 5 0 0kV江阴大跨越输电线路为背景 ,针对江阴大跨越输电塔线体系设计了风洞试验模型和调频质量阻尼器 (tunedmassdamper简称TMD)控制器。通过气动弹性模型风洞试验来验证大跨越输电体系的控制效果 ,并以试验结果为依据提出控制建议。实验结果表明 ,所设计的控制系统达到了很好的减振效果 。

大跨越输电塔极限承载力的双重非线性分析

通过考虑几何非线性和材料非线性来研究结构大变形以及材料强度富裕度对输电塔承载能力的影响,利用逐步加载的方式对某大跨越输电塔进行极限承载力分析,得到了荷载步—位移曲线以及极限承载力,分析结果表明所用方法是合理的,进行弹塑性分析更能接近输电塔实际结构的承载能力。