大跨越输电铁塔位移风振系数时频域计算分析

大跨越输电塔是风敏感结构,位移风振系数对跨越塔选型优化具有重要意义。以典型500 kV大跨越输电塔为研究对象,分别在ANSYS中建立了单塔和塔线体系有限元模型,通过模态分析得到了跨越塔前3阶自振频率,按照随机振动理论计算了跨越塔整体位移风振系数,跨越塔位移风振系数与高度无关。通过非线性风振响应时程分析,得到了跨越塔典型风压分段代表节点的位移时程曲线,基于有限元计算结果计算了跨越塔各风压分段的位移风振系数及整塔加权值,位移风振系数时域计算值沿高度变化不大。跨越塔位移风振系数频域计算值为1.54,比按照塔线耦合模型在时域计算的位移风振系数整塔加权值低12.9%。     

超/特高压同塔多回输电线路脱冰跳跃动力响应分析

为了明确超/特高压同塔多回输电线路的覆冰动态特性,采用有限元方法分析了其脱冰跳跃动态响应。考虑几何非线性的影响,采用有限元理论建立了导/地线-绝缘子及铁塔-导/地线-绝缘子体系的脱冰跳跃精细化数值分析模型。以1 000 kV交流双回、500 kV交流双回同塔多回输电线路和±800 kV直流单回、500 kV交流双回同塔多回输电线路为例,考虑塔线耦合效应、脱冰位置、档距和高差等影响因素,完成了不同工况下系统的脱冰跳跃分析。结果表明:当铁塔较高时,塔线耦合作用对导线脱冰跳跃纵向不平衡张力的影响不大,对地线脱冰跳跃纵向不平衡张力的影响较大;边档脱冰产生的纵向不平衡张力明显大于中档脱冰。最后,对导/地线脱冰跳跃纵向不平衡张力百分比取值进行了如下建议:1 000 kV导线及±800 kV导线取10%;500 kV导线取20%;地线取100%。     

采空区基础变形过程中输电铁塔结构动力冲击效应分析

在通用有限元软件ANSYS中建立了220 k V猫头塔有限元模型,分别采用静力和动力方法分析了基础不均匀沉降、倾斜和水平滑移工况的铁塔杆件内力,计算了基础突然变形时输电铁塔结构的动力冲击系数。结果表明,基础变形过程中输电铁塔塔腿斜材应力变化幅度最大并最先发生破坏。铁塔杆件轴力峰值发生在基础沉降的初始时刻附近,而阻尼比对峰值影响不大,阻尼比分别为0.01和0.05时,塔腿主材轴力峰值仅相差约3.5%。对于经过地表变形剧烈的采空区输电线路,基础突然变形对输电铁塔结构的动力冲击效应显著。考虑基础变形动力冲击效应后,不均匀沉降工况下塔腿斜材应力比增大50%以上,单侧倾斜和水平滑移工况的塔腿斜材应力增大幅度超过100%。     

脉动风激励下格构式输电塔动力特征识别EI北大核心CSCD

准确获得模态特征是输电塔抗风抗震等动力响应分析的关键,其中阻尼参数识别尤为重要。以一基85.5 m高的输电塔为背景,对输电塔的动力特性参数识别进行了研究。根据脉动风作用下实测加速度响应特征,假设信号分段平稳,采用随机子空间法识别了该塔的频率和阻尼比特征。研究结果表明:该输电塔一阶横线向和顺线向模态阻尼比大于2%,而一阶扭转模态阻尼比仅为1%;在加速度不高于0.1 m/s^2的小振幅振动范围内,阻尼比基本上与振幅无关,识别结果为小振幅下的结构固有阻尼。     

低温及大温差区输电铁塔螺栓扭矩及横向振动试验研究

螺栓松动是强风和舞动区输电铁塔横担损坏的主要原因,输电线路运行环境温度及其变化会对螺栓应力和防松性能产生影响。通过开展低温及大温差环境下输电铁塔螺栓扭矩试验和横向振动试验,获得了施工扭矩下-50℃～30℃的螺栓预紧力及材料强度利用系数,确定了输电线路运行环境温度及温差变化对螺栓预紧力及防松性能的影响规律,评估了输电铁塔单螺母和双螺母螺栓在低温及大温差环境下的防松效果。按照现行规范的输电铁塔螺栓施工扭矩,-50℃低温及80℃温差环境下施工不会对输电铁塔螺栓强度安全产生影响。输电铁塔螺栓按照相同扭矩在室温环境施拧后,随横向振动环境温度(30℃～-50℃)的降低,输电铁塔螺栓振后残余预紧力百分比逐渐增大,即在低温运行环境下螺栓的防松性能有所提高。其中,单螺母螺栓-50℃环境下的防松性能比室温20℃环境下提高了41.0%。     

特高压酒杯型铁塔地震反应谱分析

特高压输电线路是生命线工程,但是现有的规范标准对特高压铁塔的抗震规定并不明确。为此对特高压建设中的典型杆塔酒杯型铁塔进行了模态分析和振型分解反应谱分析研究,使用了梁杆混合模型,考虑了地震作用效应与风荷载等其他荷载效应的组合,确定了地震作用下酒杯型铁塔的最不利杆件,通过在不同抗震设防烈度、不同的场地类型的条件下的振型分解反应谱分析,得到了地震荷载组合效应值与常规工况效应值的应力比,提出了特高压酒杯型输电杆塔抗震设防分级标准。研究表明,特高压酒杯型铁塔建立在8度以上地区时,需要进行抗震验算,对于不满足抗震要求的杆件,需要进行相应的加强。     

输电铁塔主材加固方法试验

设计时间较早的塔型没有考虑风压高度变化系数,最大设计风速偏低。对原有铁塔进行加固补强,提高其抵抗大风的能力,保证铁塔的安全运行迫不及待。通过试验对背靠背主材加固措施进行探讨,考虑连接板形式以及连接螺栓个数对加固后承载力的影响,在试验的基础上提出加固优化方案,为同类塔型的加固补强提供参考     

重冰区覆冰导线脱冰跳跃荷载分析

通过建立重冰区特高压线路连续7档导线-绝缘子脱冰跳跃分析模型,考虑阻尼、脱冰模式和覆冰厚度等因素影响,计算脱冰工况下导线跳跃高度、张力、挂点不平衡张力及垂直荷载等动力响应,研究不同因素对悬垂型杆塔动力响应的影响规律,确定重冰区特高压线路悬垂型杆塔不平衡张力及垂直荷载取值。阻尼比5%、单档100%脱冰时,脱冰跳跃产生的不平衡张力百分数均小于重冰区设计规定值,垂直荷载动力放大系数在1.28～1.40之间。20 mm、30 mm冰区导线上拔力占最大使用张力百分数取10%,40 mm、50 mm冰区取5%。     

±1 100 kV导线覆冰断线时V串偏移及不平衡张力分析

采用V串伸入塔身布置方案,可缩短±1 100 kV输电铁塔横担长度,降低塔重并减小走廊宽度。覆冰导线断线冲击时的V串偏移量是确定V串伸入塔身布置方案的重要控制因素,准确计算覆冰导线断线动态不平衡张力可为校核线路避雷器的结构强度提供依据。在通用有限元软件ANSYS中建立了±1 100 kV线路连续7档导线-V串体系模型,采用降温法施加导线初始张力,体系阻尼以Rayleigh阻尼形式施加,假定4根覆冰子导线同时发生断裂,通过杀死断线位置的导线单元来实现断线模拟。采用非线性瞬态分析方法,分别计算了考虑子间隔棒影响前后V串偏移量及挂点不平衡张力时程曲线。考虑子间隔棒影响时,覆冰导线V串偏移量和不平衡张力动态峰值,小于设计采用的静态、无子间隔棒模型计算值,即按设计取值确定的V串伸入塔身方案及断线不平衡张力偏于安全。     

角钢输电铁塔横担角度风荷载系数取值研究

完成了10 m/s、15 m/s和20 m/s来流风速下的2个角钢输电铁塔横担模型风洞试验,得到了19个风向角下横担的风轴阻力系数,分析了横担角度风系数、横线向和顺线向风荷载分配系数,构造了角度风系数函数并通过非线性拟合分析确定了拟合参数。在假定阻力系数相同的前提下,分别计算了由风洞试验和规范确定的横担有效投影面积。将试验确定的横担角度风荷载计算参数与国内外规范值进行了对比分析,提出了横担阻力系数、角度风系数和荷载分配系数的取值建议。中国规范计算横担阻力系数时,其计算式中的角钢构件阻力系数（1.3）建议由单片桁架阻力系数代替;风向角为0°时的横线向风荷载和风向角为30°时的顺线向风荷载取值偏于保守。