大跨越输电塔—线体系脱冰振动模型试验

输电线路脱冰振动响应给电网的正常运行带来重大的安全隐患。为精确分析大跨越输电塔—线体系中导地线脱冰对铁塔造成的动力冲击响应,以晋东南—南阳—荆门1 000kV特高压输变电工程中的黄河大跨越段为原型,对覆冰条件下五塔四档线塔—线体系模型的脱冰冲击响应进行了模拟试验,通过对比分析塔—线体系在不同脱冰工况下杆塔的动力响应,获得输电杆塔的最不利脱冰工况,找出了输电塔在脱冰冲击作用下的最不利位置。利用ANSYS软件建立与试验模型相应的输电塔线体系模型,采用完全法瞬时动力分析模拟导、地线脱冰,提取各个测点应变,所得结果与试验结果吻合。

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。

±1100 kV特高压输电塔线体系风振响应分析

为研究角度风下长横担输电塔线体系动力响应,采用有限元时程方法分析准东—华东±1100 kV特高压输电线路单塔及塔线体系风振响应。首先,利用线性滤波法计算得到三维脉动风速场,并结合准定常理论得到单塔及输电塔线体系脉动风荷载。其次,建立单塔及输电塔线体系有限元模型,利用模态分析方法计算结构的动力特性,研究导地线及长横担结构对输电塔动力特性的影响。最后,利用有限元时程方法对单塔及塔线体系进行动力分析,研究了风向角、长横担结构及塔线耦合效应等因素对结构动力响应的影响。结果表明:长横担结构会导致扭转频率降低,扭转振型出现顺序前移;塔线耦合效应降低了塔架结构自振频率,提高了结构阻尼比;根据位移均值计算结果,最不利风向角为15°和75°;根据扭转角均方根计算结果,最不利风向角为0°;单塔顺风向响应主要受背景分量和1阶振型的影响,塔线体系还受到导地线低阶共振分量的影响,扭转角主要受扭转1阶振型影响。

海岛输电塔线体系风振响应及易损性分析

以温州洞头海岛3572线新建的单回路猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象,对输电塔的抗风性能评估展开研究。首先,采用ANSYS软件建立输电塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展单塔和塔线体系的动力特性理论分析。随后根据台风风谱,采用谐波叠加法,生成具有台风特性的脉动风速时程。对塔线体系进行风振响应分析,了解塔线体系在设计风速作用下的塔身响应。最后考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,通过拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本;通过谐波叠加法模拟生成80组具有台风特性的脉动风速时程。将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行80组塔线体系的风振响应分析。对风振响应结果进行回归分析,得到考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性分析,确定输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到0°(顺线路)、90°(横线路)风向角工况下轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。研究表明,55m/s极值风速作用下,横线路风向较顺线路风向发生破坏概率增加8.25%,在遭受重现期100年风速(41.95m/s)时,横线路方向发生倒塌破坏概率为20.19%,ZMG32-28.5塔还是有较大的倒塌风险。

基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。

SMA阻尼器在输电塔-线体系中的风振控制研究

输电塔-线作为风敏感结构,易受到风荷载的影响而发生破坏,有必要采取控制技术来减少危害。本文采用新型SMA阻尼器布置在输电塔-线体系上进行风振控制。使用有限元软件建立输电塔-线体系模型。基于MATLAB软件,采用线性自回归滤波器法模拟随机脉动风荷载的时程样本。根据SMA阻尼器的减振原理和工作方式,设计六种不同的布置方案,并分别进行风振响应分析,提取不同方案下塔顶加速度和位移时程,并模拟三种风速的风荷载,进一步分析不同方案下的减振效果。根据阻尼器本身的结构与材料,对阻尼器进行参数分析,改变阻尼器的弹簧刚度、铅块厚度、SMA丝材料,并分别分析效果。结果表明:在方案中,在塔头上布置阻尼器对塔顶位移控制效果最好,沿塔身布置阻尼器对塔顶加速度控制最好。在弹簧刚度在500 N/mm时取得最佳减振效果、铅块厚度为7 mm时可以取得最佳减振效果。

随机风场作用下输电塔线体系的杆件动力稳定性评估

输电塔中某根杆件发生失稳屈曲后,相邻杆件的应力重分布往往会导致更多的杆件失效,尽而可能引发输电塔的整体倒塌并影响整条输电线路的正常运行。因此,有必要对输电塔杆件的稳定性和承载力进行评估。为此,利用参数共振理论推导了输电塔杆件的动力失稳区和激发系数表达式,发现随着风速增大,输电塔杆件的动力失稳区缩小,最小激发系数增大,根据最小激励参数与动力失稳区之间的关系可以评估输电塔杆件的动力稳定性。在利用输电塔线体系完全气弹模型风洞试验数据进行验证后,进一步通过算例说明局部振动模态中变形较大的斜材比主材更容易发生参数共振而破坏失效。

输电塔-线体系脉动风振耦合分析

为了研究脉动风引起的结构风致响应,以一塔二线输电塔-线体系为对象,模拟了不同风向角下风荷载导致的结构时程响应.以Davenport风速谱为验算目标来模拟脉动风场,在平均风速的基础上施加脉动风动力时程荷载,分析风向角分别为0°、90°和45°时输电塔-线体系的风振时程响应.依据三种工况下结构中的位移及内力分布情况,分析了主要构件的强度及稳定性,并与基于规范得到的结果进行比较.结果表明,当输电塔层数小于6时,按规范方法计算的强度应力均比按单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法计算的强度应力大;当层数大于6时,按规范方法计算的强度应力与按FSI方法计算的强度应力相当;在45°和90°风向角工况下,按规范方法计算的部分层数的强度应力略小于按FSI方法计算的强度应力.考虑到脉动风的随机性大,建议适当增加风振荷载系数,以确保输电塔-线结构体系的强度安全性.

大跨越输电塔线体系的地震响应研究

大跨越输电塔线体系塔身极高,塔线耦合作用显著,抗震分析时需采用精细的三维有限元方法。针对某大跨越输电塔线体系,采用振型分解反应谱法和时程分析法进行考虑三向输入的地震响应研究。自重作用下塔线体系各杆件的轴应力比单塔体系大。地震作用下两种体系各杆件轴应力的差别不大,但对于支座的基底剪力,塔线体系的结果比单塔体系小。同时两种计算结果之间的可比性很好,说明方法应用和计算过程的准确性。

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.

杆塔基础沉降对输电塔线体系风振响应的影响研究

输电塔是高柔度的风敏感结构,若输电塔地基不均匀沉降后再遭遇台风侵袭将对输电塔安全性造成严重危害。为评估地基沉降对输电塔抗风能力的影响,建立了输电塔线体系耦合有限元模型,对比分析了台风作用下不同地基倾斜角度下输电塔线体系风振响应、风振系数和主材应力变化规律。研究表明:相同的倾斜角度下,横线向倾斜较顺线向倾斜风振响应均方根值增加明显,最大增幅为40%;地基沉降所导致的结构倾斜,会导致风振系数超过规范值,最不利情况会导致风振系数超过规范值9.6%;压应力变化规律与风振系数变化规律一致,倾斜5°工况下压应力增加最大,较未倾斜时塔腿压应力增加了16.1%。研究成果对台风多发地区输电塔抗风评估及安全运行具有重要的参考价值。

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。

大跨越输电塔线体系减震控制分析研究

利用有限元分析软件ANSYS,以跨越珠江的输电线路工程为研究背景,在输电塔上布置粘滞消能阻尼器和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),对比分析了在三向El-Centro地震波作用下有、无减震控制措施的输电塔位移和加速度地震响应。通过有关参数分析计算,分别得到了粘滞阻尼消能减震和调谐质量减震控制的最优粘滞阻尼系数和最优TMD质量,分析研究表明上述2种减震控制措施皆能明显衰减输电塔线体系的地震响应,具有比较理想的减震效果。

大跨越输电塔线体系风振控制风洞试验

以建设中的500 kV江阴大跨越输电塔为工程背景,通过气弹模型风洞试验,对大跨越输电塔线体系风振控制进行了研究。设计了悬挂水箱质量摆、阻尼棒质量摆及二者组合控制等3种控制方案,进行了塔线体系有无控制装置的动力特性测试和紊流场多种风速下风振响应试验。通过模型的阻尼比和风振响应方差分析,验证了振动控制的有效性,为实际工程风振控制设计提供了依据。

1000kV汉江大跨越特高压输电塔线体系气动弹性模型的设计与风洞试验

以建设中的1000kV汉江大跨越输电线路工程为背景,针对大跨越输电线路塔线体系风致响应较大的特点,进行了气弹模型风洞试验,分析了单塔及塔线体系在均匀流及紊流下的风振响应。塔线体系为四塔三线模型,并采用刚性节段加V型弹簧片法设计输电塔气动弹性模型。通过对实验结果进行分析,获得了塔线体系动力特性和风振响应等数据,研究了导线对输电塔的影响。结果表明,风荷载作用下导线与输电塔的耦合振动不可忽略。

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。

大跨越钢管混凝土输电塔线体系的地震响应分析

建立一个大跨越钢管混凝土输电线路的单塔和塔线体系有限元模型,对这两种模型进行地震响应分析。首先,利用振型分解反应谱法分析两种模型在地震作用下的响应;然后,选取两条实际地震波和一条人工波,利用时程分析法获得两种模型在三种地震波作用下的响应。计算表明:塔线体系的固有频率与单塔相比变化很小;由于输电线的减振作用,塔线模型的底部剪力和一些单元的应力比单塔模型的有所减小;由功率谱法指出结构的一阶模态对结构的地震响应起决定性作用;时程法得到的结构底部剪力均不小于反应谱法的80%,说明所选的这组地震波是合适的。反应谱法与时程分析法计算的结果具有较好的可比性,说明采用的计算方法、过程和结果是有效的。

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 。

基于磁流变阻尼器的大跨越输电塔线体系风致振动控制

研究了输电塔线体系基于磁流变(MR)阻尼器的风致振动控制问题。采用多自由度模型建立了输电导线的动力分析模型。针对输电塔线体系的平面内振动和平面外振动分别建立了塔线耦联体系的受控运动方程。并提出一种固定增量半主动控制策略。数值分析表明,MR阻尼器可有效地抑制输电塔结构的风振反应。通过合理地选取MR阻尼器及可控MR流体的参数,可以获得最佳的减振效果。