±800 kV换流变压器阀侧套管表带触指型电连接结构地震响应分析

近年来,国内外发生多起由于套管电连接结构失效导致的过热和放电故障,为探究表带触指型电连接结构在地震作用下的响应,建立了带有该型电连接结构的±800kV换流变压器有限元模型,并进行地震作用下的动态接触响应分析。根据接触电阻数值计算模型提出触指页片3级失效指标,分析高失效风险触指页片的分布规律及原因,揭示地震作用下该型电连接结构的失效机理。结果表明:在正常工况下,阀侧套管因倾斜悬臂的安装方式,自重会导致其尾部的电连接结构无法完全对中,表带触指不均匀受压,并在连接公头端部出现新的接触区域;在地震作用下,表带触指在3个主要位置的触指页片失效风险最高,电连接结构的电阻相较于正常工作状态明显增大,并保持在较高水平;动力时程分析结果表示:表带触指型电连接结构有不容忽视的地震失效风险,连接公头与连接母头间的相对运动所造成的触指页片接触力变化是导致其失效的主要原因。相关结论可为换流变阀侧套管电连接设计、选型和过热型故障分析提供依据。

风、浪荷载作用下海上风机单桩结构灌浆连接段疲劳性能评价

灌浆连接段的疲劳性能对于海上风机单桩支撑结构至关重要。基于385种工况下的某实际5 MW单桩风机支撑结构在风、浪荷载作用下的动力响应分析,获取了灌浆连接段荷载边界条件时程。建立灌浆连接段精细化有限元子模型,将荷载边界条件转化为应力时程。对于剪力键采用“热点应力”方法进行疲劳性能评价。对于灌浆材料,选取剪力键附近灌浆材料单元积分点处的第三主应力进行疲劳性能评价。采用Palmgren-Miner线性损伤累计准则和雨流计数方法进行疲劳损伤的累计。在某实际灌浆连接段20年的设计寿命周期内,最大剪力键总疲劳损伤为1.35×10^(-10);最大灌浆材料总疲劳损伤为1.54×10^(-3)。由此可见,灌浆连接段的疲劳性能由灌浆材料控制,且损伤值远小于限值1/3,在现有的荷载条件下,灌浆连接段不会发生疲劳破坏。分析产生损伤较大的几种工况可知,风速对现有单桩结构灌浆连接段疲劳的损伤起控制作用。

特高压换流站直流场回路设备抗震性能研究

为了对比特高压换流站直流场回路抗震性能,以某换流站±400kV直流场回路为研究对象,建立硬导线固定金具、滑动金具和两种垂跨比的软导线4种连接方案下的有限元模型,对不同地震波输入下回路中设备的地震响应进行对比分析。结果表明,直流场回路与设备连接的支柱绝缘子的地震响应较大,回路的连接方式对设备的位移响应和加速度响应有较大影响,另一方面发现软导线连接的低频设备出现了明显的位移和加速度时程单向振荡的现象。直流场回路中低频设备与支柱绝缘子之间连接的软导线存在一个垂跨比临界值,当垂跨比低于临界值时,会造成回路中设备的较大的峰值地震响应。硬导线固定金具连接下设备的位移响应较小,可用适于抗震设防烈度小的区域。硬导线滑动金具连接和分段硬导线加软导线连接加速度响应小,适合于抗震设防烈度较大的区域,但需要注意软导线的垂跨比设置。

PFOTES对水泥基材料防覆冰性能的影响及机理

研究了十三氟辛基三乙氧基硅烷(PFOTES)对水泥基材料工作性能、防覆冰性能和微观性能的影响,并通过热重-差示扫描量热分析(TG-DSC)和X射线衍射(XRD)探究了水泥水化产物的化学组成及物相组成.结果表明:掺入PFOTES能延长水泥净浆的凝结时间;低PFOTES掺量对减小冰附着力与增大接触角的效果较为明显,随着PFOTES掺量的进一步提升,冰附着力与接触角都基本保持不变;掺入PFOTES后,改性砂浆的吸水率减小、抗压强度降低、孔隙率增大;微观测试证明,PFOTES可以延缓水泥水化,但并未生成新的水化产物.

管母连接±800 kV复合支柱绝缘子的抗震性能分析及试验研究

为研究特高压复合支柱绝缘子的抗震性能及管母连接设备地震响应的简化计算方法,对复合支柱绝缘子单体及耦联体系进行了振动台试验,测量绝缘子关键位置的加速度和根部应变,并得到绝缘子顶部位移。结果显示:试验中的复合支柱绝缘子最大应力小于容许应力,满足抗震性能要求。在相同地震输入下,耦联体系中支架的加速度峰值放大系数、顶部位移和根部应变响应相比于支柱绝缘子单体均有所降低。管母连接对于设备的约束作用可简化为线性弹簧,当设备相同或动力特性相近时,耦联体系中的设备响应可采用单体设备的动力响应进行计算校核,且此时的计算结果偏于安全。

海砂混凝土的抗氯离子性能研究

研究海砂中的氯离子含量对混凝土抗氯离子渗透性能的影响规律是制备抗钢筋锈蚀混凝土的基础。根据海砂中的氯离子含量不同,研究了水胶比对混凝土抗氯离子渗透性能的改善效应。结果表明:在氯离子含量分别为0、0.06%、0.12%、0.30%时,降低水胶比均能使海砂混凝土的电通量下降。当水胶比低于0.35时,海砂混凝土的电通量均可低于1000 C;水胶比相同且混凝土氯离子含量在0~0.30%时,氯离子含量越高,电通量越低,氯离子结合率越高。

海水海砂再生混凝土与玻璃纤维增强塑料筋黏结性能

采用标准立方体中心拔出试验,测试了不同组分及不同强度混凝土与玻璃纤维增强塑料(GFRP)带肋筋之间的黏结滑移性能.结果表明:再生粗骨料的使用降低了混凝土与GFRP筋之间的黏结强度,海水、海砂的使用对混凝土的黏结强度基本没有影响;不同组分混凝土与GFRP筋的黏结滑移曲线相似,无明显差别;与普通混凝土相似,海水海砂再生混凝土与GFRP筋的黏结强度随着混凝土的立方体抗压强度增加而增加.采用4种不同适用于GFRP筋的黏结滑移本构模型对试验数据进行了拟合,结果表明:4种模型均能较好地拟合本次试验曲线,其中,Malvar模型拟合程度最高.

导电杆预拉力对换流变套管抗震性能的影响

特高压换流变压器是换流站的关键设备,套管是影响换流变抗震性能的一个重要组件。为评估换流变套管的抗震性能,建立了±800 kV换流变—套管体系的精细化有限元模型,获得了体系的动力特性和地震响应,研究了套管内部导电杆预拉力对套管动力特性和地震响应的影响。结果表明:当套管内导电杆所受预拉力较小时,结构基本振型表现为导电杆的振动,加大预拉力可有效提升套管自振频率;适当增加导电杆预拉力,可以显著减小地震作用下导电杆与套管内壁的相对位移响应,有利于提高套管电气性能,且对套筒应力响应无明显影响;地震作用下阀侧套管端部的位移响应较大,工程设计中应予以重视,防止出现牵拉破坏或影响电气功能的其他问题。

基于再生骨料方位的模型再生混凝土损伤演化分析

制作了正方形模型骨料以及不同放置方位情况下模型再生混凝土,试验研究其受压破坏过程中裂缝发生、发展规律,并利用数字图像相关技术和有限元模拟相结合的方法分析应变分布与发展情况,总结归纳再生骨料方位对再生混凝土损伤演化规律的影响。研究结果显示,骨料水平方向放置时应变集中现象首先出现在骨料两侧的界面区;当骨料放置为22.5°时,试件强度和割线模量均高于其他两种情况,应变集中首先在骨料上下两顶点处孕育并向骨料两侧界面区发展成裂缝;当骨料放置为45°时,骨料上下两顶点处应变集中程度最高。在荷载达到80%峰值荷载之前,模型再生混凝土的应变集中程度相对模型普通混凝土要小,对于3种骨料放置方位,分别小15%、32%和39%,这是因为老砂浆的弹性模量介于天然骨料和新砂浆之间,所以削弱了应变集中程度。根据再生骨料放置方位对其损伤演化规律影响的研究,证明可采用去除骨料尖端和减少针片状骨料含量的方法对再生骨料进行优化改性。

换流变网侧套管电连接结构的地震响应分析

电连接结构是换流变压器套管载流回路的关键部件,为探究套管电连接结构在地震作用下的响应特性及规律,针对±800k V换流变压器的网侧套管端部面面压接型电连接结构,建立了精细化有限元模型,对电接触面进行了不同强度地震输入作用下的动态接触响应分析。根据接触应力与接触电阻的反比例关系,对节点接触应力水平进行了三级分类,不同接触应力水平分别对应接触电阻不同的变化程度。结果表明:地震作用会使导电杆底部出现较大弯矩,导致电接触面产生不均匀变形;在电接触面的最不利时刻,接触应力分布存在明显的规律:接触应力最小的区域集中分布于载流底板内环的半圈,以及外环的对向半圈;在地面峰值加速度为0.4g(g=9.8 m/s)的地震激励下,电连接结构的接触应力较正常工况下降1/3的区域面积占比达到一半。在网侧套管电连接结构的设计中应对地震作用下导电杆产生的影响给予充分考虑,并采取措施改善电连接结构地震作用下的电接触性能。

3D打印细石混凝土调配及其可打印性和力学性能

为了将细石混凝土(SAC)现场调配成3D打印油墨,探究了不同增稠材料对SAC工作性能和流变性的影响,研究了3D打印SAC的早期力学性能,同时采用3D打印机制备了3D打印SAC试件,并对其开展了28 d强度试验.结果表明:SAC二次搅拌过程中,添加占胶凝材料用量0.10%的纤维素醚(HPMC)、1.50%的偏高岭土或5.00%的水泥能够满足3D打印SAC对工作性能的要求;0.10%的HPMC能够显著提高二次搅拌后SAC的塑性黏度,对挤出力的增长影响较小,这有利于3D打印SAC的挤出性和工作时间;3D打印SAC的力学性能具有各向异性,与浇筑试件相比,其28 d抗压强度降低了20.03%~40.46%,抗折强度提高了17.23%~19.54%.

1100kV特高压变压器套管震后力学性能快速评估方法

为了在震后迅速评估特高压变压器套管在地震中的受力状况,以经过1100 kV变压器套管振动台试验结果修正的有限元模型为对象,输入多组地震动得到套管关键位置的加速度、位移以及应力的响应峰值。以岭回归原理为基础建立岭回归模型用以预测空气侧瓷套底部应力,利用主成分分析对加速度和位移数据进行降维处理,采用顺序取样和随机取样分别对岭回归模型进行训练及预测,并对比降维前后岭回归模型的预测能力。结果表明:套管关键位置地震响应峰值数据的前3个主成分即可反映原始数据的绝大部分信息;降维–岭回归模型能较为准确地预测空气侧瓷套底部应力峰值,拟合优度达到0.981,其中降维具有提高预测能力的作用,且采用一定次数的重复随机取样可得到更为稳定的预测结果。降维–岭回归模型无需在震后进行有限元模型的时程计算,是一种能在短时间内预测出空气侧瓷套底部应力峰值的震后力学性能快速评估模型。

玻璃幕墙中铝合金立柱螺钉连接节点抗拉性能试验

为研究玻璃幕墙中铝合金立柱螺钉连接节点的受力性能,通过一套自主设计的加载装置进行了20个连接件的单钉抗拉连接静力试验,分析了立柱和螺钉的3种典型破坏模式以及螺钉种类、螺杆直径、螺钉螺距和腐蚀条件等因素对连接件承载性能的影响,根据试验结果拟合出了铝合金立柱螺钉连接的极限抗拉承载力的计算公式。研究结果表明:铝合金立柱螺钉立柱连接节点的典型荷载-位移曲线上升段可分为弹性、强化、滑移3个阶段,可将强化阶段的强化极限点作为工程设计破坏阶段之用;在相近直径系列试件中,盘头螺钉的延性系数和极限刚度普遍大于自攻螺钉;螺钉类型、螺杆直径和腐蚀条件对节点的极限承载力和刚度影响最为显著,试件极限承载力随螺杆直径的增长而呈增大趋势,自攻螺钉试件的极限承载力大于盘头螺钉,而当自攻螺钉公称直径超过立柱型材局部厚度后,相对于盘头螺钉表现出承载力大幅下降的试验现象;通过回归分析得到的极限抗拉承载力计算公式与试验值比较,两者吻合良好。

考虑水流侵入的海上风机基础灌浆连接段疲劳性能试验研究

海上风机基础中的灌浆连接段会在浪溅区或者水下工作,水流的侵入可能会对灌浆连接段的疲劳性能产生影响。本文设计了灌浆连接段局部性能试件,其中四个试件在空气中进行疲劳加载;同时,设计了一套水循环装置,让两个试件在水流侵入的条件下进行疲劳加载。试验结果表明,空气中疲劳荷载幅较大的试件A-3的灌浆材料出现了较宽的裂纹和剥落现象,试件加载的残余变形不断累积。同时,相同荷载幅条件下的两对试件相比,空气中的2个试件经过200万次疲劳循环总变形都在-0.7 mm以内;而水中的2个试件仅加载至26.4万次及6.4万次时,试验机位移便达到-10 mm,试验终止。由此可见,水流侵入会严重劣化灌浆连接段的疲劳性能。原因在于,水流会侵入灌浆材料裂纹内部,在荷载加载时,侵入的水分挤压灌浆材料局部的缝隙,加速裂纹的形成与开展;而在荷载卸载时,水流带走被压碎的灌浆材料,使得裂纹不稳定扩展,灌浆材料块体剥落。

风、浪作用下海上风机单桩结构时域动力响应分析

结合广东某地的场地条件和实测风、浪数据,对某5 MW风机单桩支撑结构受到的风、浪荷载进行模拟,并对单桩结构进行时域动力响应分析,从而提取出灌浆连接段的荷载边界条件时程,为进一步分析海上风机灌浆连接段的疲劳性能奠定基础。研究发现,忽略桩体与土壤的相互作用会使单桩结构的基频计算结果产生约6.3%的误差。经过与目标谱和标准风机曲线相对比,验证编写的风、浪荷载谱表达法模拟程序和叶素动量理论风机运行荷载模拟程序是可行的。考虑风机气动阻尼的影响之后,风机在运行状态下的动力响应进入稳态阶段的时长比在停机状态下更短。

海上风机单桩结构灌浆连接段试验有限元模拟

灌浆连接段是海上风机单桩支撑结构的重要组成部分。简单回顾单桩结构灌浆连接段试件的四点弯曲疲劳试验和疲劳后轴压试验,并针对试验中的典型试件进行非线性有限元数值模拟。建立灌浆连接段的三维实体单元模型,考虑灌浆材料与钢管的接触,并采用混凝土塑性损伤(Concrete Damage Plasticity, CDP)模型模拟灌浆材料的性能。模拟结果显示,提出的有限元模型能较好地模拟灌浆连接段在四点弯曲和轴压荷载下的性能,可供未来的有限元参数研究参考。

地震作用下变压器侧壁套管的理论建模及摆动效应分析

变压器是变电站的重要设备,具有较高的地震易损性。为评估变压器侧壁套管的抗震性能,建立了变压器-套管体系简化计算理论模型,并通过一台220 kV变压器-套管体系振动台试验结果加以验证。分析了侧壁L形升高座根部法兰连接处箱体侧壁的面外摆动效应对套管地震响应的影响,并通过参数分析探讨了其地震响应机理。结果表明:箱体侧壁的摆动效应是侧壁L形升高座顶部加速度放大的主要原因;升高座根部箱体侧壁面外转动刚度以及升高座高长比对该种摆动效应有十分显著的影响。因此,应合理设计变压器箱体侧壁的面外刚度和L形升高座的高长比,降低摆动效应对套管地震响应的影响。

胶合木梁柱螺栓节点变异性分析

胶合木梁柱螺栓节点通常会受到木材材性和制造公差的影响,而表现出显著的变异性。为揭示节点变异性的关键影响因素并建立节点初始刚度和抗弯承载力预测模型,开展了节点变异性分析。采用已有试验结果验证确定性有限元模型的精度。考虑木材材性和螺孔间隙的随机分布规律,采用有限元方法计算胶合木梁柱螺栓连接节点初始刚度和抗弯承载力。根据统计方差分析结果确定节点初始刚度和抗弯承载力的关键影响因素。通过多项式回归拟合方法建立节点初始刚度和抗弯承载力的响应面方程。方差分析结果表明,销轴承压区顺纹和横纹方向弹性模量对于节点初始刚度的方差具有显著的影响,而螺孔间隙对于节点初始刚度也具有一定的影响;木材横纹抗拉强度和顺纹抗剪强度对于节点抗弯承载力的方差具有显著的影响,而螺孔间隙也会在一定程度上影响节点的抗弯承载力。针对随机生成的样本的计算结果表明,响应面方程能够准确预测节点的初始刚度和抗弯承载力。

压板加固全隐框玻璃幕墙面板的受弯承载力试验及有限元分析

为了研究铝合金压板对既有全隐框玻璃幕墙面板的加固效果,通过堆载法研究了7块由单层钢化玻璃制成的全隐框玻璃幕墙面板的受弯承载力。结果表明:全隐框玻璃幕墙面板无论是否进行加固,其抗弯刚度在加载过程中均由小变大。采用压板在全隐框玻璃幕墙面板长边通长布置的加固方法,可以有效提高全隐框玻璃幕墙面板的受弯承载能力和抗弯刚度。运用ANSYS有限元软件对试验模型的受力性能进行数值模拟,发现全隐框玻璃幕墙面板的抗弯刚度会随着长宽比的增大而减小,且加固前长宽比对抗弯刚度的影响比较大。加固后的有限元模拟结果,与反向受荷时的全隐框玻璃幕墙面板试件较为吻合。试验结果还表明:现行国家规范关于全隐框玻璃幕墙面板位移的计算值远大于试验值,计算偏于保守。

海上风机基础灌浆连接段轴心受压承载力数值分析

采用有限元分析方法,对海上风机基础灌浆连接段进行数值参数分析,主要研究了径向刚度、长径比和剪力键高距比对轴心受压承载力的影响,分析了套管与灌浆料之间接触压力的分布规律。研究结果表明,径向刚度的增加可以增强套管和桩管对灌浆料的约束效应,提升灌浆连接段的轴心受压极限承载力和延性;长径比能够提升灌浆连接段轴心受压承载力,但随着长径比的提高,等效黏结强度不断减小,结构的延性也相应地降低;剪力键高距比主要通过影响灌浆段的有效剪力键对数来影响灌浆连接段的轴心受压极限承载力,因此,提升高距比能够提高灌浆连接段的轴心受压承载力。