风致大跨越输电塔-线体系倒塌破坏研究

作     者：俞琪琦 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田利

授予年度：2016年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：大跨越输电塔-线体系 风荷载模拟 风振响应 倒塌模拟 

摘      要：高压输电塔-线体系的结构形式一般为格构式塔架,具有体型高、跨度大、刚度较柔的特点,风荷载是其主要设计荷载。输电塔-线体系在风荷载作用下倒塌的事件时有发生,多数倒塌案例表明,输电塔整体失稳和局部破坏是主要破坏模式之一,而目前分析输电塔结构抗风性能时,并未考虑杆件屈曲失稳对结构的影响,这将高估结构抗风承载力。因此,建立准确的结构计算模型,深入研究输电塔-线体系在风荷载作用下的倒塌机理,具有重要的科学意义。本文以山东某大跨越输电线路为工程背景,通过ABAQUS建立了输电塔-线有限元分析模型,计算了输电塔-线体系的风振响应,研究了输电塔-线体系在风荷载作用下的倒塌机理。本文工作分为以下几个部分：1、结合输电塔的结构特征以及输电塔在强风作用下的倒塌破坏情况,引入ISO推荐的空间受力圆钢管的失稳判定准则,采用能够模拟杆件失稳前后力学性能的Frame单元建立输电塔有限元模型,采用Truss单元模拟输电线和绝缘子,建立了“两塔三线有限元模型,并对其进行动力特性分析。2、结合风场特性以及输电塔的结构特点,研究了脉动风的模拟方法,模拟生成了适合输电塔-线体系的脉动风速时程,并编制了相应的可视化程序。利用ANSYS中的CFD模块数值模拟了输电塔的体型系数,并与规范计算的体型系数进行了对比分析。3、利用有限元软件对输电塔-线体系进行了风振响应的研究。对比分析了输电塔及塔-线体系在0。和90。风向角下的风振响应。基于动力响应时程,计算了风振系数,与规范进行了对比分析。4、以结构承载力与风荷载作用无法维持平衡为动力破坏准则,迭代不收敛的时刻即为结构倒塌时刻,模拟了不同风向角下输电塔及塔-线体系的倒塌情况,总结了输电塔及塔-线体系在不同风向角下的倒塌机理,并得到了最不利风攻角。