输电铁塔在冰风耦合作用下失效概率分析

覆冰灾害严重威胁输电线路的安全运行。在冰灾过程中,往往伴随着风荷载的作用,为提高输电塔抵御覆冰灾害的能力,提出了一种基于Jones覆冰模型的输电铁塔失效概率评估框架。首先以湖南郴州、永州、邵阳3市气象站数据为基础建立了超级站,在此基础上利用Copula函数建立了考虑冰厚-风速、风速-风向相关性的联合概率分布,最后以一条实际输电线路为算例,计算了该线路铁塔在冰风荷载耦合作用下倒塌状态的失效概率。结果表明,提出的方法可以有效地评估输电塔在冰风耦合作用下的失效概率,考虑冰厚-风速、风向-风速相关性后,输电塔失效概率的计算更加科学合理。受风向概率的影响,输电塔失效概率的最大值出现的角度并不固定,该文章可为输电线路抗冰灾设计提供参考。

输电塔-线体系罕遇地震-风共同作用下的多灾害响应研究

输电线路一般位于空旷地带,遭遇地震作用时,一般同时承受风荷载,有必要对其地震-风耦合作用下的多灾害响应进行研究。采用ABAQUS分析软件,建立某输电塔-线体系有限元模型。基于Kaimal功率谱密度函数,采用谐波叠加法进行风场模拟,生成输电塔-先体系各加载点风荷载动力时程,用以计算输电塔结构风振响应。选取三组三维地震波,分别对输电塔-线体系进行罕遇地震作用、罕遇地震-风耦合作用下的响应分析,研究风速、耦合作用时间及风向对结构动力响应的影响。研究结果表明:风荷载对输电塔-线体系罕遇地震作用下响应的影响不容忽视,其风荷载影响系数随风速的增大呈增大趋势。风荷载与地震作用耦合时间影响多灾害峰值响应,当单独作用的极值响应(正负号相同)接近于同一时刻发生时,输电塔极值响应可明显增大。风向对输电塔-线体系多灾害响应影响显著,不同风向的风荷载可能增大也可能减小输电塔在罕遇地震作用下峰值响应。

基于塔线体系的风荷载作用下输电铁塔薄弱杆件分析

大风作用下输电铁塔杆件会发生变形和失效,导致其结构承载力下降,准确识别铁塔结构中薄弱杆件具有重要的工程意义。为了精准定位风荷载作用下输电塔中的薄弱杆件位置,提出了一种基于修正系数的薄弱杆件识别判定方法。利用ANSYS有限元软件建立了塔线体系的三维精细化模型,考虑塔线系统之间的力学耦合特性,通过施加不同工况的风荷载,对输电铁塔进行有限元力学分析。结果表明:输电铁塔的薄弱杆件是位于塔身和塔腿的部分单元;风荷载为30 m/s,90°时,位于塔身主材部分的薄弱杆件已经超过钢材的承载极限值。针对塔材薄弱杆件位置特点,提出了对铁塔结构局部加固设计的措施,同时验证了加固措施的有效性,为大风作用下输电铁塔的稳定运行提供了一定的理论指导。

环境荷载联合作用下海上风电结构动力响应分析

为研究海上风电结构在复杂的海洋环境中承受环境荷载(风、波、冰、流)的联合作用时,结构产生的剧烈的动力响应问题。文章以三脚架基础海上风电结构为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立其整体模型并进行荷载(风、波、流和风、冰、流)联合作用下的静力校核,通过对环境荷载联合作用下的三脚架基础海上风电结构进行瞬态分析,掌握其动力响应的特性及规律。结果表明:三脚架基础结构的一、二阶自振频率均为0.285Hz,在所选风机允许的频率范围内,可以保证整体结构不会与风机转动发生共振;风荷载在风、波、流荷载联合作用下主导控制结构响应的稳态波动,冰荷载在风、冰、流荷载联合作用下主导控制结构的稳态振动过程;塔筒顶端呈现的位移和加速度响应均远大于三脚架基础顶端;环境荷载联合作用下结构动力响应是环境荷载单独作用下动力响应叠加的结果。

海床加固对海上风电单桩基础的动力特性影响

建立海上风电单桩基础浅层土体三维数值有限元模型,分析不同范围、不同形状海床加固方式,以及作用不同幅值、不同方向循环荷载单桩基础的累积变形、振动特性动力响应影响,为加固体应用于单桩桩周土体加固工程提供优化建议。结果表明:不同加固条件下,风力机一阶自振频率改变较为显著;加固后单桩基础相较于未加固单桩基础,在循环荷载作用下,单桩桩身位移、转角和内力响应极值均有所减小,泥面位移极值最多可降低81%;桩周土体剪应力与剪应变亦减小,随着循环次数增加,剪应变增幅减少,土体塑性区域变小。

输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究

根据输电塔线体系在风(雨)激励下破坏的实际状况,建立了'三塔两跨'有限元分析模型,其中,输电塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元;提出雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于输电塔线体系的荷载组合原则;分析输电塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系;采用数值模拟方法,建立设计与灾害荷载的不同工况组合,分别在时域和频域内对输电塔的动力响应规律进行分析;采用结构主要组件(如主立柱杆件和输电线)强度分析的方法,分析结构强度的变化和灾害发生的可能性原因。研究表明:输电塔线体系的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响;降雨对输电塔线体系的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征;结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用,结构局部动态受压失稳造成的。

风浪联合作用下海上风电机组塔筒疲劳寿命分析

为获取某型8 MW海上风电机组塔筒疲劳寿命,开展了风浪载荷联合作用下塔筒疲劳损伤特性分析。给出了塔筒在单位循环时间内不同工况下疲劳损伤度计算方法。基于疲劳损伤线性扩展理论,计算了塔筒在不同工况下的年疲劳损伤度,进而得到塔筒的疲劳寿命。计算结果表明,采用理想S-N曲线时,塔筒的疲劳寿命为31.2年,大于设计寿命25年。分析了平均应力、粗糙度和结构尺寸对S-N曲线的影响。当平均应力修正选取Goodman方法,粗糙度系数取为0.473,尺寸修正系数取为0.639时,塔筒的疲劳寿命为26.7年,下降了14%。计算了不同粗糙度下塔筒的疲劳寿命。计算结果表明:随着粗糙度系数的减小,塔筒的疲劳寿命随之减少,当粗糙度系数为0.287时,塔筒疲劳寿命值约为25年。

某超高电梯试验塔风荷载体型优化和风荷载研究

对某高度233.95 m、高宽比9.4∶1的超高电梯试验塔的风荷载体型优化和设计风荷载研究,对平面角部削角和凹角两种体型优化措施进行了深入的比选,并对风荷载的风洞试验结果与规范算法结果进行对比,为此类结构设计提供参考。

典型四塔组合特大型冷却塔群风荷载干扰效应

以在建世界最高冷却塔(220m)为工程背景,分别对单体、双塔、串列、矩形、菱形、L形和斜L型四塔组合共353个工况进行了刚体测压风洞试验.系统探讨了5种典型四塔组合方案对冷却塔群静力、动力和极值干扰效应的影响规律.采用数理统计、频谱分析等方法对干扰效应的不同影响因素和作用机理进行研究,提出了典型四塔组合考虑风向的干扰因子估算公式.从整体风荷载干扰效应角度综合定性给出四塔组合形式方案选择排序为:串列>斜L形>L形>菱形>矩形.回归分析表明,四塔组合形式的特征角度与最大干扰因子之间存在良好的线性相关性.

风浪流共同作用下海上风电基础与海床的动力响应分析

我国近海风资源丰富，但由于海洋环境条件的复杂性，开发利用近海风资源的规模和效益受到很大的制约；而风、波浪和海流等作为近海主要环境荷载对近海风机的正常运行起到决定性作用。采用谐波叠加法模拟得到近海风电场的风荷载时程，利用Morison方程和非线性波浪理论推导了波浪荷栽和波流荷栽的计算公式，最后根据Turkstra准则将风浪流荷载进行叠加组合，建立风浪流荷载共同作用下海上风电基础与海床动力相互作用的三维有限元计算模型。基于此模型，针对不同荷载组合条件下风机塔筒的水平位移、竖向应力以及基础的水平位移、桩身弯矩、桩身剪力等进行了动力分析，同时对风浪流荷载共同作用下桩基础周围海床的超孔隙水压力响应进行了计算分析，讨论了不同的荷载参数对海床超孔隙水压力的影响。结果表明：风荷栽对风机塔筒顶端水平位移、塔底应力影响较大，波流荷载对风机基础顶端水平位移、桩身弯矩、桩身剪力影响较大，而波浪荷栽则对海床孔隙水压力影响较大。可取最大风荷载和最大波流荷载叠加波浪荷载时程的组合为最不利组合方式。

大型风力机塔架-叶片体系风振与地震作用对比研究

为研究风荷载和地震作用对大型风力机不同部件的影响程度,建立某3 MW水平轴风力机塔架-叶片一体化有限元模型,通过CFD数值模拟获得风力机表面风压系数并作为风荷载输入参数,同时进行7度地震烈度作用下的反应谱分析。对比研究表明:叶片受风荷载控制,其在风荷载作用下的叶尖位移和叶根弯矩均明显大于地震作用下的数值;塔架由风荷载和地震作用共同控制,风荷载作用下弯矩值均沿高度方向逐渐增加,地震作用下径向与环向弯矩最大值出现在接近塔顶高度处;风荷载作用下塔底环向弯矩及径向与环向轴力均明显大于地震作用,但地震作用下塔底径向和竖向弯矩及剪力稍大于风荷载作用下的数值。

风荷载作用下输电线电塔边坡稳定性分析

该文以镇江长江沿岸五峰山输电线电塔边坡为例,用毕肖普法讨论了在输电线电塔风荷载竖向力与水平力作用下,土体性质改变对边坡稳定性的影响。根据桩基布设位置、滑动面位置和桩端持力层的不同,风荷载作用下输电线电塔对边坡稳定性的影响分为三种模式:桩基础在计算产生的滑坡体内,产生的塑性区未接触到滑动面;桩基础在计算产生的滑坡体内,产生的塑性区接触到了滑动面;桩基础不在计算产生的滑坡体内。并对这三种模式进行了分析和评价。

水平荷载作用下塔型设备基础的设计计算

本文就塔型设备结构设计中水平荷载计算进行阐述,使设计者能够掌握塔基础设计工程中的关键点,加深对塔基础的认识.

海上风电单桩基础土相互作用特性影响因素分析

采用有限元软件ABAQUS建立了海上风电单桩基础与土相互作用数值计算模型,将波浪、洋流及风荷载等效成双向对称循环荷载,研究了水平循环荷载作用下不同因素对桩身水平位移、剪力和弯矩的影响规律。研究表明,随着循环荷载比的增加,桩身位移零点和桩身剪力反弯点沿埋深逐渐下移,桩身弯矩最大值点位于浅层土体;不同荷载频率时桩身位移在零点以上变化较大,桩身弯矩随着频率的增加逐渐增大;单向循环荷载作用下桩身位移最大,双向对称循环荷载作用下桩身位移最小;壁厚较小时对桩身水平位移影响较大;在位移零点之上范围内可以考虑设计“上厚下薄”的钢管桩,以减小桩身水平位移;不同桩壁厚时桩身剪力曲线在埋深约6D处出现交点,且泥面处桩身弯矩变化不明显。

考虑RNA运行作用的近海风电结构动力响应分析

在风、浪的长期耦合作用下,海上风电结构的振动问题不仅会影响发电机组的电能输出,还会加剧结构的累积疲劳损伤,危害结构安全。为更加科学、合理地认识近海风电结构的动力特性,该文通过考虑风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly,RNA)运行作用及风、浪相关性,采用Von Karman风谱模型模拟湍流风场并计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪荷载,对NREL 5MW单桩风电塔进行动力响应分析,对比其在不同状态下的动态行为模式;通过批处理程序,开展对近海风电结构在3 m/s~30 m/s风速范围内的响应计算,探究RNA运行作用下近海风电结构位移、加速度响应随风速的变化规律。结果表明:近海风电结构在不同工作状态下的动力响应具有不同的频谱特征,其位移、加速度峰值响应会被RNA运行作用放大。

水平荷载作用下塔型设备基础的设计计算

本文就塔型设备结构设计中水平荷载计算进行阐述,使设计者能够掌握塔基础设计工程中的关键点,加深对塔基础的认识.

风荷载对输电线塔-高边坡体系的动力影响

以输电线塔-高边坡为主要研究对象,考虑输电线塔振动作用,研究边坡在风荷载引起的输电线塔振动作用下的动力影响。利用MATLAB软件对作用在输电塔线体系上的顺风向风荷载进行数值模拟,得到脉动风时程曲线,加载到建立的输电线塔-高边坡体系上,进行体系的有限元分析。以广贺高速公路某路堑高边坡为实例,通过有限元软件ANSYS模拟计算,分析了风载对边坡以及开挖过程中的边坡的影响,以此说明在边坡的稳定分析设计中,考虑风荷载的重要性。

海上风机基础试验加载系统设计与建造

发展海上风电是我国“陆海统筹发展战略”的重要组成部分,也是实现“双碳”目标的重要举措。模型试验法利用模型与原型通过缩尺进行相似模拟试验,可定量和定性研究风机基础的承载性能,是一种常用的研究方法。文章介绍了一套考虑海上复杂环境致使基础受到复杂-复合荷载作用的模型试验加载系统,通过设置不同风荷载、波浪荷载、洋流荷载参数,实现多向、多种海洋环境荷载的长期-反复作用,能很好地模拟海上风机基础受荷。

钢管杆塔体系动力特性及风致响应研究

开展钢管杆塔体系动力特性及风致响应研究,建立了钢管杆线体系的力学模型,进一步地采用土弹簧考虑桩土效应对上部杆塔的影响,建立塔线-基础体系的力学模型。建立了考虑桩土效应的塔线-基础体系风振响应分析方法。以我国南部沿海地区某实际钢管杆塔线路为工程对象,研究其抗风性能。结果表明:对输电钢管杆线体系进行风振响应分析时不可忽略桩土相互作用的影响。

海上风力发电塔架直、间接作用的研究状态及展望

随着风电能源的开发利用,海上风力发电塔架近些年来得到了广泛的应用和推广。其对经济发展和环境保护的重要作用,确保海上风力发电塔架结构在复杂荷载条件下安全可靠的运行,具有十分重要的意义。通过对海上风力发电塔架常见的结构形式和基础形式的总结,从风荷载、波浪荷载、地震作用以及多种荷载同时作用四个方面介绍了海上风力发电塔架的研究现状和存在的问题。最后对海上风力发电塔架下一步的研究热点进行了展望。