多维多点地震动激励下折线型输电塔线体系反应分析

本文通过数值分析研究多维多点地震对折线型输电塔线体系地震反应的影响。根据实际工程建立折线型输电塔线体系三维有限元模型,依据功率谱密度函数、折线型相干函数和《电力设施抗震设计规范》模拟多维多点地震动时程。分别研究空间变化地震动的行波效应、部分相干效应和局部场地效应对折线型输电塔线体系地震反应的影响。研究结果表明,多维多点地震动对折线型输电塔线体系地震反应影响显著;与一致激励相比,考虑多维多点地震动增大了结构的地震反应,传统的一致地震输入将会低估结构的反应。因此对于折线型输电线路实际工程的抗震设计,需要考虑多维多点地震动的影响。     

地震作用下导线对输电塔非线性分析的影响

建立了有限元模型,对常用的双回路输电塔-线体系进行了动力特性分析。研究了地震作用时输电塔-线体系在各个档距和不同阻尼比下,导线对塔架非线性性质的影响。研究表明,在输电塔抗震设计中,应充分考虑非线性。     

考虑行波效应的输电塔线耦联体系地震响应分析

针对地震作用中输电塔线动力响应分析存在的问题,利用ANSYS有限元软件进行地震波模拟分析。考虑地震行波效应和塔线相互影响,对三塔两线塔线耦联体系进行在典型地震的多点激励下的分析,发现该体系的位移、加速度峰值都比一致激励下的大,且该响应沿着塔高方向越发明显。因此,在进行输电塔线耦联体系抗震设计时,应给予足够重视。     

考虑地震动摇摆分量作用的输电塔线体系响应

为探究输电塔线体系在地震动水平-摇摆耦合作用下的响应,进行了振动台试验和理论分析。地震动摇摆分量通过小波分析的方法从原始地震记录中取得,此方法以单摆式地震仪在水平和竖向的响应差别为基础,通过摇摆倾斜位移的傅里叶谱和竖向速度相似作验证。采用实际输电塔线体系的简化缩尺模型,进行单塔模型和三塔两线模型在顺线向作用下的振动台试验,考察在地震动水平、摇摆及水平-摇摆耦合作用下的结构响应。推导了地震动水平、摇摆加速度和摇摆位移耦合作用下输电塔线体系的动力方程,在方程的激励项中以等效侧向力的形式考虑摇摆转角位移产生的附加P-Δ效应。研究结果表明：理论分析和试验结果吻合较好,证明了理论分析的正确性;地震动摇摆分量不可忽略,其对输电塔线体系的地震响应影响较大,其中由摇摆转角位移产生的附加P-Δ效应会增大输电塔线体系的动力响应,并造成塔体产生一定程度的非对称位移响应;本次试验中,在多维地震作用下,输电线会减弱输电塔主体结构的水平位移和加速度响应,但相对于水平地震动作用,考虑摇摆分量后,输电线对输电塔主体结构响应的减弱效果将会被削弱。     

特高压输电塔-线体系的抗风性能分析

本文建立了特高压输电塔线体系四线三塔的有限元模型,考虑了材料和几何非线性,采用增量动力分析方法对整个输电塔线体系进行抗风性能分析。对输电塔单塔和塔线体系进行了从弹性、非线性直至倒塌的全过程的性能分析,获得了输电塔单塔和输电塔线体系的抗风性能曲线。通过输电塔单塔和塔线体系的对比分析可知,导线对输电塔抗风性能的影响很大,在设计中不能忽略。     

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。     

高压输电塔-线体系抗灾研究的现状与发展趋势

以输电塔-线体系的环境荷载特性和结构动力响应特性为出发点,分析目前高压输电塔-线体系的发展现状及人们对环境荷载缺乏认识而经常造成灾害事故的原因,论述了输电塔-线体系在现有设计水准下抵抗地震和环境荷载作用的能力和现阶段输电塔-线体系设计的可靠性。全面系统地总结了高压输电塔-线体系抗震抗风研究的动力分析建模方法、模型种类与适用性,以及试验研究所采用的方法、达到的水平和解决的问题,抗震抗风研究的理论成果和发展动向,结构振动控制理论体系和控制手段,结构设计理论的发展趋势等。指出了现阶段输电塔动力响应研究与设计中存在的缺陷和不足,从环境荷载建模、结构动力响应分析方法、试验测试手段和结构控制理论与措施等方面提出了当前迫切需要进行研究的内容与方向。根本目的旨在提高输电塔-线体系结构设计理论和设计水准,增强抵抗地震和环境荷载灾害性破坏的能力。     

输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。     

土-输电塔-线体系在地震动差动作用下的地震反应分析

首先,建立土-输电塔-线体系的三维空间有限元模型,土、输电塔以及导(地)线分别采用实体单元、梁单元和索单元;然后,根据场地条件并依据GB 50260—96《电力设施抗震设计规范》生成支座位置的非平稳空间地震差动;最后,对该结构体系进行空间差动激励下的地震反应的时程计算。由分析结果可以看出:1)考虑土的共同作用后,与塔-线结构体系相比,土-塔-线结构体系的自振特性变化很小,说明对于这种高柔结构而言土层对结构的自振特性影响可以忽略不计。2)无论是对于塔-线结构体系,还是土-塔-线结构体系,差动因素增大输电塔的底部杆件的弯矩和剪力,这说明差动作用在工程中是需要考虑的;3)与结构自振特性分析结果不同,对于结构的动力响应而言,土-塔-线体系中塔的内力(弯矩和剪力)均比塔-线体系中塔内力大,这说明土层对地震动输入有放大作用。     

近断层地震下输电塔-线体系振动台试验研究

基于工程实际,结合线弹性相似理论和模型二次缩尺方法,完成了包含两基直线塔和三跨输电线的输电塔-线体系缩尺模型的设计。考虑近断层地震速度脉冲的特征与地震的随机性,选取3条近断层近场地震波,开展了多振动台试验,通过引入不同入射角的位移响应比,探讨了近断层地震波在不同入射角激励下对输电塔-线体系动力响应的影响。研究结果表明,入射角对输电塔-线体系的动力响应有很大的影响;对于不同的地震波,输电塔-线体系对应的最不利入射角有差异;在不同入射角激励下,直线塔侧向位移响应的放大程度远大于纵向,因此对于塔-线体系动力响应需考虑近断层地震波入射角的影响。试验结果可以作为大跨越输电塔-线体系抗震设计的重要参考。     

非平整场地上输电塔-线体系在多点激励下的地震反应

在以往的大地震中输电塔的破坏时有发生,输电塔倒塌的部分原因是由于相邻塔在地震动多点激励下异相振动产生的导线拉力引起。本文考虑导线的几何非线性,建立了输电塔-线体系三维有限元模型,分析了非平整场地上的结构体系在地震动纵向多点激励下的反应。基于经验相干函数和修正金井清功率谱密度函数模型模拟了空间变化地震动,分别考察了地震波视波速和相干损失对于结构体系地震反应的影响。结果表明,假定地震动一致激励不能准确评估结构体系的反应,地震动空间变化效应放大了输电塔和导线的地震反应,在强震作用下,忽略地震动的空间变化会严重低估输电塔-线体系的反应。     

竖向多点激励下输电塔线体系导(地)线及绝缘子动力响应分析

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应及场地相干效应,基于建立的某大跨输电塔线体系空间有限元模型,在7度竖向地震作用下,采用考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了该体系在竖向多点地震作用下的动力时程响应特性,并和一致激励下的响应情况进行比较.结果表明:竖向地震能明显增大绝缘子的内力,但对导线内力影响不大;多点激励对导地线及绝缘子的内力响应影响都很小,基本可以忽略.     

考虑多种耦合效应的多维多点反应谱研究

准确计算结构在非一致性地震输入下的响应,需要考虑地震动的特性,如多维及空间相关性等;也需考虑结构响应的复杂性,如需要将地震动响应分解为动力响应及拟静力响应等。以上因素非独立,具有耦合性。为此,根据选定的地震动功率谱模型,利用虚拟激励法,推导了基于位移谱的多点多维反应谱公式,该公式可以同时考虑多种耦合效应,包括多维(含方向交叉向)、多点(含行波效应和相干性效应)地震动及动力与拟静力的耦合等多种因素。为了便于在实际工程中应用,公式根据GB 50011-2010《建筑抗震设计规范》中的加速度谱选定了对应位移谱,且公式中的参数也与之相对应。同时,采用反应谱法对一个单层网壳结构在多维多点地震动输入下的反应特性进行了分析,结果表明动静耦合的影响随着视波速的增加而减小,考虑部分相干性效应的柱底面内弯矩最大值比完全相干条件下增加了10%~20%。     

非一致地震激励下大跨度桥梁随机振动时域显式法#br#

对于大跨度桥梁结构,地震激励的空间效应不应忽略。考虑到随机地震激励的非平稳特性,为提高计算效率,有必要在时域内直接开展非一致地震激励下大跨度桥梁的随机振动分析。基于相对运动法,推导非一致地震激励下结构动力响应的时域显式表达式,提出可考虑非一致地震激励的时域显式直接法,可快速获取结构响应的统计矩;同时提出高效的时域显式随机模拟法,可进一步获取非一致地震激励下结构响应的平均峰值等更全面的统计信息,并可有效实现结构的动力可靠度分析。以某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展顺桥向非一致地震激励下的随机振动分析,分别研究地震激励的行波效应、失相干效应和局部场地效应对桥梁关键响应标准差、平均峰值和结构抗震动力可靠度的影响。研究结果表明,对于该桥主梁跨中和主塔塔顶顺桥向位移,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值均小于一致地震激励下的结果;而对于该桥主塔塔底内力,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值有可能大于一致地震激励下的结果,其中弯矩和剪力的平均峰值增幅分别可达21.6%和19.5%;此外,地震激励的空间效应对该桥的体系失效概率也有较大影响。     

悬挂系统的动力耦合作用对1000kV出线构架地震响应和极限承载力的影响研究

1000kV出线构架是特高压变电站内重要的下部支承结构,为了研究悬挂系统的动力耦合作用对其地震响应和极限承载力的影响,选取输电导线的6种垂跨比和5种档距作为分析工况,采用7组真实远场记录作为地震激励.首先比较各工况在多遇、设防、罕遇和极罕遇地震下的构架地震响应,然后讨论构架的全过程曲线、强震失效模式和极限承载力,最后提...     

大跨越输电塔线体系的风荷载模拟及耦合风振研究

根据输电塔线体系在风荷载作用下的破坏特点,采用ANSYS有限元软件建立"两塔三线"钢管塔线体系的空间杆梁混合有限元模型,其中主要钢管构件和绝缘子串采用Beam 4梁单元,横撑和斜撑钢管构件采用Link 8杆单元,导、地线采用Link 10索单元;采用Davenport风谱,并运用基于功率谱密度函数的谱表示方法,考虑风速时程的时间和空间相关性,模拟生成了输电塔、导地线的脉动风速时程;在时域内分析输电塔线耦合体系模型在风攻角分别为0°、45°和90°的风振反应,得到输电塔、导地线的位移和加速度反应;讨论输电线对输电塔线体系的影响,得出一些重要结论,对输电塔线体系的抗风设计具有一定的参考价值。