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。

随机风荷载下陡峭山区长短腿输电塔多构件可靠度评估

长短腿输电塔在陡峭山区的输电线路工程中应用广泛,准确评估该结构体系中各个构件的可靠度水平对其维护加固具有重要意义。鉴于此,基于拟蒙特卡罗法开展了随机风荷载作用下陡峭山区中长短腿输电塔多构件可靠度分析。根据《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》(DL/T 5486—2020),给出长短腿输电塔不同构件常见的5类失效模式及其功能函数;通过同时考虑材料和风荷载的随机性,采用拟蒙特卡罗法建立长短腿输电塔多构件可靠度分析框架;以某输送电压为500 kV的输电线路中长短腿输电塔为例,进行了多构件可靠度评估,并分析了不同塔腿级差、杆塔呼高以及设计风速对长短腿输电塔可靠指标的影响规律。分析结果表明:长短腿输电塔的所有构件可靠指标均在3.2以上,满足规范要求的Ⅱ级安全水准,短腿主材为长短腿输电塔最薄弱构件,可靠指标相比于长腿主材减小了23.25%,应予以重视;杆塔呼高每增大6 m,长短腿输电塔可靠指标最大下降3.37%,设计风速每增大1 m∙s^(-1),可靠指标最大降低2.83%;塔腿级差每增大3 m,可靠指标最大降低10.48%,建议杆塔设计时应尽量避免出现塔腿级差过大的情况。

带过渡段塔腿输电塔在1000 kV特高压交流工程中应用研究

特高压交流工程重输电塔基础根开尺寸和作用力均比常规线路大,为满足山区特高压输电线路40°以上陡峭地形要求,推荐采用带过渡段塔腿输电塔。以实际工程设计为背景,采用Midas Gen对自振特性、内力、位移进行计算分析,与SmartTower设计软件对比应用研究,分析结果可验证设计方法的合理性,对带过渡段塔腿输电塔特高压交流工程设计提供设计建议。

架空输电线路塔位四角坐标计算与绘制的方法研究

随着架空输电线路设计的精细化要求越来越高,线路终勘定位后提交的成果不仅要包括塔位坐标,往往还需要根据设计提供的跟开计算出塔位的四角坐标(即塔腿坐标),同时绘制在Auto CAD图上,以便设计人员报送相关部门核查占地面积、压矿信息和基本农田占用情况等。因而提出基于.NET的Auto CAD二次开发计算塔位四角坐标,并将计算的四角坐标图形化表示在Auto CAD图纸上。通过具体工程的应用,利用程序大大提高塔位四角坐标计算的效率,方便设计人员和业主后期的应用。

输电塔增高的偏心墩试验及数值方案研究

基于实际工程,解决输电塔增高的问题,在满足安全可靠的情况下尽可能减少工程量以及能源损耗,采取了原位升高输电塔的方法。对输电塔偏心墩进行设计以及试验分析,最终确定了两种结构的偏心墩方案。对预制的偏心墩进行了加载试验以研究其整体稳定性以及重点关注的螺杆受力状态。同时对直坡塔腿进行方案设计以及ABAQUS有限元分析。模型与实际试验尺寸一致,对螺杆的受力状态进行提取分析,试验结果以及数值计算结果表明,对于采用的两种偏心墩结构方案,有限元分析结果以及试验结果较为吻合;通过两种塔腿受力状态对比,发现直坡塔腿部分采用角钢较为合理,能满足实际工程需求。

输电线路铁塔塔腿腐蚀及防治对策

铁塔是输电线路中的关键构件,具有支撑导线、地线及其他部件的功能,其服役状态直接关系整个电网的供电安全。大部分的架空输电塔都位于野外,其周边环境非常复杂,因此,塔体的锈蚀是不可避免的。锈蚀会使塔架截面变小,承载能力下降,从而降低塔架的使用性能和使用寿命。为解决输电线路铁塔的塔腿腐蚀现象,分析输电线路铁塔塔腿腐蚀的原因和危害,并提出腐蚀的防治对策,以期为相关人员提供参考。

基于改进人工鱼群算法的输电塔塔腿拓扑优化

为了解决输电塔塔腿的优化问题,提出了基于改进人工鱼群算法的拓扑优化方法。建立了输电塔结构拓扑优化的计算模型,采用罚函数形式确定了人工鱼群算法的目标函数,并提出了拓扑变量的判定规则。采用人工鱼群算法对输电塔塔腿进行了拓扑优化研究。考虑到基本人工鱼群算法易陷入局部优化解,提出了视野和步长的变化策略,以及觅食行为的加速策略。数值算例结果表明,采用基本人工鱼群算法可以较好的优化输电塔塔腿,而在此基础上利用改进人工鱼群算法可以更有效地优化输电塔塔腿,并且其优化效率明显优化基本人工鱼群算法和差商算法。

220 kV输电铁塔塔腿腐蚀失效原因分析

利用宏观检验、化学成分分析、显微组织检验、有限元分析及能谱分析等试验方法对腐蚀损伤的输电铁塔塔腿进行了试验分析。结果表明:因长年工业污染,铁塔周边土壤硫酸盐含量较高,在连续降雨的天气条件下,排涝条件较差的塔腿部位极易积水,使其长期被强酸性的污水及淤泥浸泡,造成铁塔塔材和混凝土地基腐蚀损伤。

新荷载规范修订对输电塔风荷载计算的影响研究

新修订的荷载规范对输电塔结构影响较大的风荷载作出了较大的修改,降低了表征平均风荷载的风压高度变化系数,增大了表征顺风向风振响应的风振系数。从随机振动理论出发,比较了新旧荷载规范风振系数计算公式的异同,并以某系列220kV四回路直线塔为例,详细分析了各类场地和各角度风下荷载规范修订对塔架和线条风荷载的影响,以及对不同高度的塔基底弯矩、塔腿主材轴力和塔重的影响。结果表明新规范导致输电塔塔架风荷载增加而线条风荷载减小,二者共同作用的结果取决于场地类别和角度风。风荷载增幅B类>A类>C类>D类,0°>45°>60°>90°。对于输电线路常见的B类场地而言,新规范将较大地增加输电塔结构的基底弯矩、主材轴力和塔重。

输电铁塔主材角钢的低温拉伸和冲击试验

低温会影响输电铁塔钢材的力学性能,容易导致塔材的脆性断裂事故,危及铁塔乃至整个电力系统的安全。笔者针对Q345B和Q420C高强度钢材角钢及其焊接接头,通过低温拉伸试验和夏比冲击试验,研究了不同材质、不同厚度角钢及其焊接接头的低温力学性能。结果发现,Q345B角钢和焊接接头、Q420C角钢和焊接接头的韧脆转变温度分别为-2.59,-15.28,-32.33和-6.76℃,低温会使4种钢材的的抗拉强度和屈服强度均有所提高,在-45℃的高寒地区的输电铁塔,选择Q420C角钢可以满足设计要求,但是应该尽量避免对Q420C进行焊接处理。

山区长短腿输电塔的动力失稳分析

针对山区长短腿输电塔在静风和脉动风作用下动力失稳问题,为寻求输电塔失稳极限风速和破坏发生路径,研究了山地丘陵B类地貌常用5B-ZBC4型长短腿输电塔在风载作用下的动力特性,采用B-R准则和动态增量法(IDA)并结合位移等值准则,考虑了不同的风载作用,模拟了山区脉动风载对输电塔进行非线性屈曲分析和时程分析。结果表明,输电塔靠近山顶侧发生受压破坏、山谷侧为受拉破坏,且从塔腿开始逐渐发展到塔身,最终导致倒塔事故;现行山地丘陵输电塔的抗风设计规范将风等效为静力荷载的方法偏于不安全。

含螺栓连接输电铁塔主材的承载性能研究

输电铁塔主材与主材之间通过螺栓节点进行连接。大量输电铁塔倒塌事故大多是由于主材发生了破坏,且破坏位置距节点位置较近。为了保障输电铁塔有良好的承载性能,研究含螺栓连接输电铁塔主材的力学性能尤为重要。以220 kV的ZMC2输电铁塔的主材节点部位为研究对象,建立了含螺栓连接主材构件的有限元模型,分析了长细比、螺栓直径、螺栓预紧力、螺栓松动个数和主材装配间隙等参数对构件极限承载力的影响。结果表明:由于螺栓连接的存在,含螺栓连接主材的极限承载力相对于不含螺栓连接主材下降了35%左右,且长细比越小,主材极限承载力下降幅度越大。

输电线路铁塔塔腿辅助材布置方案分析

随着电压等级的升高和铁塔尺寸的加大,塔腿高度也越来越大,由此导致腿部辅助材节间数增加。以某工程设计实例为依托,通过对比不同的塔腿辅助材布置方案,从节约钢材和给主材提供有效支撑及优化布置的角度进行研究并确定推荐方案,进而得到选择合理的塔腿辅助材布置方案的原则,并提出优化建议。

在建110kV输电线路铁塔塔腿开裂失效分析

某110kV输电线路在基建安装过程中发生铁塔塔腿角钢开裂失效。利用宏观检验、化学成分分析、力学性能试验、金相检验、断口分析及有限元分析等试验方法对塔腿角钢开裂的原因进行了分析。结果表明:铁塔塔腿角钢的螺栓孔冲孔工艺不当,在螺栓孔边缘形成较多裂纹,在铁塔安装过程中异常预偏装载荷形成的过载应力作用下,螺栓孔边缘的裂纹扩展并导致角钢开裂失效。最后提出了相应的防控措施。

双角钢十字组合截面构件铰支轴心受压承载力研究

为了验证塔架结构采用高强钢的适用性,对21根不同规格的Q420高强度双角钢进行铰支轴压试验,截面规格包括2L160×12、2L160×14、2L160×16,长细比范围为25～55.将试验结果和设计结果分析比较.结果表明:承载力的设计值比试验值平均高9.16%;双角钢十字组合截面类构件最终破坏表现为弯曲屈曲与局部失稳的组合;扭转屈曲不是双角钢十字组合截面类构件的主要破坏模式,与现有设计方法不同.

输电铁塔十字形夹具式主材加固方法研究

格构式输电铁塔主要以单角钢作为主材。大量输电铁塔倒塌是由于铁塔的塔腿主材部位发生失稳。因此,对存在安全隐患的输电铁塔主材进行加固补强尤为重要。以单根主材为研究对象,应用十字形夹具式主材加固方法,建立了主材加固前、后的有限元模型,分析了夹具数量、夹具间距、副主材长度、螺栓预紧力和摩擦系数等参数对主材极限承载力的影响规律。结果表明:随着夹具间距的减小和夹具数量的增多,主材极限承载力先逐渐增大后趋于平缓;副主材长度过短起不到加固的作用,建议副主材长度不小于主材长度的1/2。

长短腿耐张输电铁塔的静力及自振特性分析

采用MATLAB及SAP软件,对长短腿耐张输电铁塔与等长腿耐张输电铁塔在多工况荷载下的静力及自振特性进行了比较分析。静力计算结果表明:在各工况荷载下,长短腿塔的底部塔柱轴力较等长腿塔均有增大,但底部斜杆轴力变化有增有减且变化幅度大,无横隔约束时长短腿塔塔身下半部斜杆更加敏感,上部杆件轴力受长短腿的影响很小;一般情况(除"短腿一侧出现断线或张力不平衡的情况"外)下顺侧向荷载方向位移较等长腿塔有所减小,但垂直侧向荷载方向位移增大显著。自振特性分析表明,长短腿增强了铁塔高阶振型的平扭耦联效应,长短腿产生的结构支座高差方向对结构纵向及横向的前几阶振型有很大影响。

山区输电线路的环保设计和措施研究

环境保护在输电线路工程中的重要性日益突出,本文研究并总结了山区输电线路环保设计的若干理念,主要结论如下:优化铁塔长短腿的极差设计,为基础配置和选用提供更大的空间;因地制宜选择性地设计特殊的塔型(如小根开铁塔、跳线上绕塔、Z型边坡塔、三角形断面塔等),可满足山区工程实际需要;优先选用原状土基础和新型环保基础型式;长短腿与不等高基础配合塔脚架使用可最大限度减少开方,建设性提出了几种适宜的塔脚架方案;山区塔基边坡推荐优先采用生态或综合护坡方案。

加工方式对输电铁塔螺栓连接节点承载力影响的实验研究

输电铁塔主材通常由多段角钢通过螺栓连接而成,一旦主材节点发生破坏将造成倒塔事故发生,危及电力系统的安全稳定运行。输电铁塔主材节点多采用冲孔或钻孔方式加工而成,加工方式会影响节点的极限承载能力。针对500 kV输电铁塔中常用的Q345和Q420主材角钢,通过全尺寸节点拉伸实验,研究了冲孔和钻孔对不同螺栓直径、排列方式的螺栓连接节点的破坏载荷和破坏形式的影响,为输电铁塔设计和运行维护提供理论依据。

长短腿输电线路铁塔的优化分析

采用有限元法对输电线路中使用的长短腿铁塔和非长短腿铁塔结构进行计算比较,分析了长短腿的形式对铁塔塔身受力性能的影响,并对长短腿铁塔塔身的腹杆形式、开口、根开和截面材料进行了优化研究.最后给出设计建议供参考.