多工况下输电塔—线体系静动力响应分析及风振控制研究

作     者：王霄 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘云贺;谭蓉

授予年度：2019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] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：输电塔-线体系 静力分析 有限元 脉动风荷载 风振控制 

摘      要：近年来我国输电塔由于强风作用经常会有倒塌事件发生,而输电塔-线体系的破坏给人民生活和国家经济带来极大的影响和损失。针对以上问题,本文对多工况下输电塔-线体系静动力响应分析及风振控制进行研究,提出相关的减振措施,为实际工程提供参考,主要研究内容如下:(1)本文以某地“110kV输电塔的典型设计实际工程为依托,基于有限元原理选择合适的单元,对输电杆塔、绝缘子、导线的特性进行研究,利用小弹性模量变形对导(地)线进行找型,建立精确塔-线体系模型。对输电塔多工况下得到的各响应值进行分析,并与行业通用设计标准TTA进行对比分析,结果表明风荷载是控制塔体位移的主要荷载,塔身的较大位移处发生在塔顶,且压力为塔体的主控制力,塔腿处轴力偏大,横担上的弯矩应力贡献相对比较大,塔体中靠近塔腿位置,弯矩值越大,弯矩二阶应力的效应越明显;(2)研究输电塔及塔-线体系的动力响应,分析导线加入对输电塔的耦合影响,确定结构自身的振动频率以及振型变化情况;研究风荷载对结构的影响,采用沿高度变化的Kaimal风速谱进行脉动风模拟,研究不同风速下输电塔及塔-线体系的响应规律,选用谐波叠加法进行不同风速时程模拟,将模拟的脉动风速功率谱与其10m高度的目标功率谱进行对比,证明模拟风速在杆塔上的可靠性,为后续风致动力响应创造条件;(3)研究不同风速下输电塔及塔-线体系的动力特性,利用Newmark-β法对单塔及塔-线体系进行风振响应时程计算,分析节点的不同风速、不同方向(X、Y)位移、速度、加速度、轴力及弯矩响应,研究表明,风速越大,塔-线体系的各个响应值逐渐增大。相较于单塔而言,导线的添加,使得体系的耦合性增强,各个响应值较大,结构体系较稳定。研究塔-线体系的风振响应控制方法,分析不同阻尼器对输电塔-线体系的影响,采用本文改进的弹簧阻尼减振器进行减振控制,对添加阻尼器的塔-线体系进行动力特性分析,分析导线在其塔-线体系中的耦合作用,得到节点、特殊部位(塔腿、横担)在不同风速、不同方向(X、Y)下的各个响应值,进行对比分析。研究表明,控制最优风速下,阻尼器使体系在X向减振较好的位置处于塔头与塔身连接处,Y向在横担的控制效果较好,且在塔顶较大位移值、加速度值在X向减少了 43.73%、36.20%,Y向减少了 32.17%、27.92%,导线最低点最大位移值减少了 11.14%。塔腿的轴力、弯矩减小了20.56%、19.66%,结构体系较稳定。