考虑桩—土—结构相互作用的输电塔抗震性能研究

作     者：毛龙 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘春城

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：桩-土-输电塔耦合体系 模态分析 时程分析 刚度 抗震性能 

摘      要：随着经济的高度发展和煤炭、石油等一次能源的紧缺,电力作为清洁的二次能源将逐渐成为主要的能源消费方式。国家电网公司提出建设全球能源互联网,而实现全球能源互联的第一步就是建设特高压电网,长距离、大跨越电力输送已成为常态。通常,在进行输电塔的设计时主要考虑风荷载的作用,但近年来地震荷载作用下输电塔发生破坏的例子屡见不鲜。调查表明,当输电塔发生震害时,大多可见基础及场地土的严重破坏。因此,开展土-上部结构相互作用对输电塔动力特性影响的工作是十分必要的。本文研究内容主要由以下三个部分组成:(1)在四种不同的场地条件下建立了四个考虑桩-土-上部结构相互作用的输电塔的有限元模型;在刚性地基条件下,建立一个输电塔的有限元模型。首先对这五个模型进行了模态分析,并对比它们之间周期和振型的特点,得出考虑相互作用后,输电塔的周期延长,振型滞后。其次,运用时程分析的方法分别对考虑相互作用的四个模型和刚性地基条件下输电塔的模型进行地震响应分析。对比计算结果得出,在软土和中软土场地条件下,桩-土-结构相互作用对结构的动力响应产生不利影响。(2)在软土场地条件下,建立四个横隔数目不一样的桩-土-输电塔整体有限元模型。分别对四个模型进行模态分析,并分别对比他们周期的特点,得出随着横隔数目的增加结构的周期变小。然后分别对四个模型进行地震响应分析,研究发现增加输电塔的横隔后,有效的减小了塔顶的位移峰值和加速度峰值,但是输电塔根部最大轴力和基底最大剪力有所增大。因此并不是横隔数目越多,输电塔的抗震性能越好。(3)在软土场地条件下,建立三个桩长不一样的桩-土-输电塔的整体有限元模型。分别对三个模型进行模态分析,桩长变长后结构的刚度变大,周期变小。对三个桩长不同的模型进行动力时程响应分析,研究发现桩长增加后塔顶的位移和加速度减小,但是塔根部最大轴力和基底剪力增大。因此在工程实际中要根据现场土体条件合理选择桩的长度,并不是桩长度越长,上部结构抗震性能越好。