考虑SSI的特高压输电塔-线体系地震易损性分析

作     者：刘凯悦 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田利

授予年度：2023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：输电塔-线体系 土-结构相互作用 土层变化地震动 倒塌破坏 易损性 

摘      要：特高压输电线路作为电力系统中不可或缺的重要组成部分,是高负荷电力远距离输送的重要载体,能够有效缓解西部和北部供电富余与东部和中部用电缺口的区域差异性,为经济社会高质量发展提供重要电力支撑。输电线路分布范围十分广泛,不可避免地穿越地震高烈度地区,强震作用下输电线路极易发生损坏甚至倒塌事故,严重威胁电网跨区域电力输送的安全可靠性。在保证国家能源安全稳定供应的背景下,开展输电塔-线体系抗震性能研究,对保障地震下电力系统安全稳定运行具有重要意义。目前输电线路抗震研究鲜少考虑土-结构相互作用(Soil-Structure Interaction,SSI)和土层变化地震动对输电塔-线体系的影响,导致输电塔-线体系抗震性能评估不全面。基于此,本文建立考虑SSI的输电塔-线体系有限元模型,模拟生成土层变化地震动,开展了土层变化地震动下考虑SSI的输电塔-线体系倒塌破坏、易损性和地震损失研究,主要研究工作如下:(1)利用有限元软件ABAQUS建立了输电塔-线体系有限元模型,分别采用实体单元和弹簧单元模拟SSI,通过动力特性和地震响应对比分析,验证了采用弹簧单元模拟SSI的合理性,并与未考虑SSI的输电塔-线体系进行对比,进一步明确了 SSI对输电塔-线体系动力特性的影响规律。(2)模拟生成了考虑土层变化的不同桩体节点处地震动加速度时程曲线,基于动力显式分析方法,考虑输电塔杆件的损伤累积效应,分别开展了未考虑SSI、忽略土层变化地震动下考虑SSI、土层变化地震动下考虑SSI的输电塔-线体系连续性倒塌机理研究,明确了 SSI和土层变化地震动对输电塔-线体系抗震能力、损伤杆件分布位置及倒塌模式的影响规律。(3)采用增量动力分析方法,建立了未考虑SSI、忽略土层变化地震动下考虑SSI、土层变化地震动下考虑SSI的输电塔-线体系不同性能状态下的概率地震需求模型,开展了输电塔-线体系易损性分析,明确了 SSI和土层变化地震动对不同性能状态超越概率和地震损失的影响。