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输电塔—线体系覆冰荷载下的断线分析及分灾研究

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输电塔—线体系覆冰荷载下的断线分析及分灾研究

作者：冯超辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

近年来冰雪灾害频繁发生,使输电线路遭受严重破坏。特别是2008年我国南方发生严重大面积冰雪灾害,已导致严重的倒塔断线事故,给国家电网和国民经济造成巨大损失。因此,对输电线路的抗灾减灾研究具有重要的现实意义。本文基于一种分灾思... 详细信息

近年来冰雪灾害频繁发生,使输电线路遭受严重破坏。特别是2008年我国南方发生严重大面积冰雪灾害,已导致严重的倒塔断线事故,给国家电网和国民经济造成巨大损失。因此,对输电线路的抗灾减灾研究具有重要的现实意义。本文基于一种分灾思想提出了输电塔-线体系结构的分灾抗冰设计方法,这一设计方法既能满足输电塔-线体系结构的正常使用要求,又能在发生特大冰雪灾害时最大程度保护输电塔结构主体不发生破坏,降低灾害损失,易于灾后重建工作。本文根据某直线型输电塔-线体系建立有限元模型,数值模拟了输电导(地)线覆冰增长过程,讨论了不同时期覆冰荷载作用对输电塔-线体系的影响,分析了不同厚度覆冰作用对输电塔-线体系自振特性的影响,分析了导线覆冰增长直至塔-线体系破坏的规律;对覆冰输电塔-线体系模型进行断线瞬态响应时程分析,研究了断线冲击荷载对输电塔-线体系的冲击影响;最后,根据数值模拟结果及在抗震领域广泛应用的分灾思想提出输电塔结构抗冰分灾设计措施,通过设置分灾元件和控制分灾元件的破坏对灾害荷载进行主动卸载,可以减少输电塔破坏程度,最大程度降低灾害损失,同时由于分灾元件破坏卸载能提高输电塔结构极限承载力和抵御雪灾时间,给救灾工作赢得宝贵时间,具有巨大经济效益。

关键词：输电塔-线体系覆冰断线冲击荷载分灾

多类气候下耐张输电塔线体系风致动力响应研究

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多类气候下耐张输电塔线体系风致动力响应研究

作者：张鑫合肥工业大学

学位级别：硕士

输电塔-线体系是输电线路的主干线,是重要的生命线工程。由于输电塔线体系自振频率较低,与风的卓越频率十分接近,在极端复杂的气象条件及某些特殊的工作状态下,杆塔可能会发生折断甚至连续倒塌的现象。由于塔线耦合的复杂机理,目前对其... 详细信息

输电塔-线体系是输电线路的主干线,是重要的生命线工程。由于输电塔线体系自振频率较低,与风的卓越频率十分接近,在极端复杂的气象条件及某些特殊的工作状态下,杆塔可能会发生折断甚至连续倒塌的现象。由于塔线耦合的复杂机理,目前对其进行理论分析还存在诸多困难。最有效的方法是通过数值模拟方法进行分析,获取塔线结构体系的风致动力响应特性,为输电塔线体系的抗风设计提供有效的理论指导和直接的设计依据,对确保输电线设备安全运行、降低人民财产损失和保障人民生活秩序有着重要意义。本文以某耐张塔线路为研究对象,基于风工程基本理论,建立耐张塔线体系分析模型,分别对单塔和塔线体系进行动力特性分析,掌握其结构自身的动力特性,并以此为基础,通过模拟常态风荷载、风雨联合激励荷载以及移动下击暴流风荷载的动态作用,对耐张塔线体系在多类气候作用下的风致动力响应特性开展研究。通过研究发现,输电导线对体系的影响具有方向性,塔线平面外,导线对塔体刚度贡献不大,由于整体质量增加,使得该方向塔体刚度偏小,塔线耦合效应在塔线平面外方向更为突出,在来流风作用下,还未达到塔体的振动频率时,便发生了多次塔线平面外方向的共振响应。考虑降雨时,大雨强下风雨联合激励对塔顶位移影响明显,极值条件下增大量甚至达到20%左右,在相关电力结构设计中应予以考虑。在移动下击暴流作用下,输电塔线塔顶位移和加速度功率谱值远大于常态风,且谱峰对应频率发生了前移现象,下击暴流对输电塔线体系动力响应的影响相较于常态风更为显著。

关键词：输电塔-线体系常态风风雨联合激励移动下击暴流动力响应

随机风场作用下输电塔线体系的动力反应及可靠度分析

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随机风场作用下输电塔线体系的动力反应及可靠度分析

作者：谭淳元武汉工程大学

学位级别：硕士

随着十四五规划的发布,我国将进入新一轮发展时期。为确保社会正常运转,人民正常生活,保障电能安全有效生产与运输十分重要。在电能运输系统中,输电塔-线体系担当着重要角色。然而输电塔-线体系作为电能运输中的“生命线工程”在服役期... 详细信息

随着十四五规划的发布,我国将进入新一轮发展时期。为确保社会正常运转,人民正常生活,保障电能安全有效生产与运输十分重要。在电能运输系统中,输电塔-线体系担当着重要角色。然而输电塔-线体系作为电能运输中的“生命线工程”在服役期间往往不可避免会遭遇强风情况,为确保其在强风环境作用下的可靠程度,有必要针对输电塔-线体系结构进行强风作用下的响应与可靠度分析。本文采用降维模拟方法对两组输电塔-线体系所处风场进行模拟,随后对结构进行时域风致动力数值计算,并对结构响应进行分析,最后结合概率密度演化理论与等价极值思想对输电塔-线体系结构整体可靠度进行分析。本文主要内容如下:(1)为进行对比同时保证分析结果具有一定适用性,选用两组不同塔型的输电塔-线体系作为分析对象,采用ANSYS有限元软件分别建立对应有限元模型,并对结构进行静力分析与模态分析,验证有限元模型的合理性。(2)采用频域谱表示法对结构所处的脉动风速随机场进行模拟,利用随机函数思想对谱表示法中的正交随机变量集进行降维,实现仅采用2个随机变量即可对输电塔-线体系结构脉动风随机场进行精确模拟。随后为确认生成风场精度进行功率谱密度函数与空间相干函数的比对。(3)以前文所生成的风场为基础,设置两种工况,计算相应的风荷载,采用美规建议方法计算输电导线的气动阻尼,对输电塔-线体系进行考虑导线气动阻尼效应的时域分析。随后提取结构位移、构件应力与剪力响应进行分析。(4)根据相关规范定义输电塔-线体系失效模式,结合等价极值思想与首次超越破坏准则构造结构可靠度计算公式。进一步地,以前文所得响应结果为基础,采用概率密度演化理论对结构响应进行概率层面的分析,获得响应极值的概率密度与概率分布,随之对结构整体可靠度进行分析。

关键词：输电塔-线体系脉动风降维模拟气动阻尼概率密度演化动力可靠度

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输电塔—线体系风振响应及动力稳定性分析

输电塔—线体系风振响应及动力稳定性分析

作者：林智鸿广州大学

学位级别：硕士

输电塔线体系具有质轻、高柔、大跨和小阻尼特点,对于风荷载的激励比较敏感,输电线路因风致倒塔破坏现象时有发生。现有的输电线路设计规范将塔与线分开进行设计,只是将输电线所受的风荷载等效为集中荷载施加到输电塔上进行计算设计,未... 详细信息

输电塔线体系具有质轻、高柔、大跨和小阻尼特点,对于风荷载的激励比较敏感,输电线路因风致倒塔破坏现象时有发生。现有的输电线路设计规范将塔与线分开进行设计,只是将输电线所受的风荷载等效为集中荷载施加到输电塔上进行计算设计,未考虑塔线耦合振动引起的输电线动张力对输电塔结构的不利影响。因此,对输电塔-线体系的动力特性、风振响应以及动力稳定性进行研究具有重要的理论意义,可为输电线路设计提供参考。本文主要工作分为以下几部分:(1)输电杆塔采用了模拟精度较高的梁桁混合模型来进行有限元建模;输电线采用了重力自平衡找形法进行找形,并将找形后部分节点的弧垂值和应力值与理论值进行对比,验证了输电线找形的有效性和准确性;采用了更加符合实际工程的三塔两线有限元模型对塔线体系进行建模,并利用ANSYS中的分块兰索斯法对输电线路进行了动力特性分析。(2)基于谐波叠加法,运用MATLAB软件模拟了输电线路各荷载施加点的脉动风速时程样本,并利用快速傅立叶变换(FFT)技术改进算法的计算效率。将模拟的风速功率谱与目标谱进行比较,发现两者的吻合度较高且趋势一致,表明所模拟的风速时程结果是准确可靠的。(3)利用ANSYS有限元分析软件中的Newmark-β法对输电塔-线体系进行风振响应时程计算,分析了不同风向角工况对塔线风振响应的影响,并与规范计算的单塔静力分析结果进行对比。对比分析表明:在设计风速作用下,0度风向角工况下的规范算法偏于保守,45、60以及90度风向角工况下的设计中应适当考虑塔线耦联效应对输电塔所产生的动力放大作用的影响。同时将90度风向角工况下塔线体系的风振响应分析结果与单塔的进行对比,验证了塔线耦联效应对输电塔所产生的动力放大作用不可忽略。还对90度工况下不同风速对塔线体系风振响应影响进行了研究。研究表明,输电线路各部分的响应随着风速的增大而增大,塔线体系的耦联效应愈加明显。强风作用下需考虑塔线体系耦联效应的影响。(4)本文基于ANSYS有限元分析软件采用动态增量法(IDA)和B-R准则结合位移相等准则对90度风向角下塔线体系的动力稳定性进行分析,并将动力稳定性分析结果和单塔动力稳定性分析以及非线性屈曲分析结果进行对比。结果表明,塔线体系在37m/s的风速下发生了动力失稳,这一结果比输电单塔动力稳定性分析中的失稳风速43m/s和非线性屈曲分析中的失稳风速46.332m/s都要小。因此输电线对输电杆塔的动力稳定性的影响不可忽视,在输电杆塔设计中应考虑输电线的影响。

关键词：输电塔-线体系谐波叠加法风振响应稳定性

考虑地形影响的台风作用下输电塔—线体系响应分析

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考虑地形影响的台风作用下输电塔—线体系响应分析

作者：张来仪山东大学

学位级别：硕士

电力是保障国民经济向好发展的重要资源,满足全社会用电需求仍是目前电力发展的基本任务。输电线路作为电力运输通道,其安全稳定运行至关重要,在跨区跨省输电线路工程建设的过程中,需要应对各地区不同地形和气候条件的挑战。由于山地风... 详细信息

电力是保障国民经济向好发展的重要资源,满足全社会用电需求仍是目前电力发展的基本任务。输电线路作为电力运输通道,其安全稳定运行至关重要,在跨区跨省输电线路工程建设的过程中,需要应对各地区不同地形和气候条件的挑战。由于山地风场和平地风场相比具有显著的局部风加速效应,且台风风场相较于良态风风场具有强变异性和高湍流度的特点,导致穿越复杂地形台风风场的输电线路发生破坏甚至倒塌事故的概率增大,因此开展考虑地形影响的台风下输电塔-线体系响应研究具有重要意义。本文基于计算流体动力学理论和有限元分析软件,研究了典型地形和真实地形等因素对台风下输电塔-线体系动力响应的影响规律,分析了台风作用下输电塔-线体系的倒塌易损性。本文的主要研究内容如下:(1)编制台风动态模拟程序,基于Fluent分别建立了典型三维单山和双山台风风场模型,以风剖面、湍流度和脉动风速功率谱等为目标参数,考虑山体坡度、山脉长度和山顶间距等变量,研究了典型山地台风风场的平均风特性和脉动风特性,明确了输电线路布设高度处的平均风速分布规律。(2)建立了考虑真实地形影响的台风风场模型,研究了真实地形台风风场的平均风特性和脉动风特性,输电塔-线体系在台风风场中位于真实地形和平地处的风速时程序列,分析了台风作用下地形因素对输电塔-线体系动力响应的影响。(3)基于增量动力分析法,研究了输电塔-线体系在不同风速台风荷载作用下的响应规律。基于概率分析方法,研究了不同风攻角和台风风谱对输电塔-线体系倒塌易损性的影响规律,明确了输电塔节间破坏概率和最不利风攻角。

关键词：输电塔-线体系台风微地形风致响应倒塌易损性分析

风荷载下碰撞摆对输电塔线体系的振动控制分析

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低温建筑技术 2018年第6期40卷 50-54页

作者：陈显达朱峰高翔刘宁范国琛刘晓晶邵帅王长勇韩峰郭刘潞国网山东省电力公司济南供电公司济南250022 山东大学土建与水利学院济南250016

高压输电塔-线体系是重要的生命线工程,确保它们在脉动风荷载下的安全可靠运行,具有十分重要的意义。本文通过MATLAB编程实现脉动风荷载的生成,基于实际工程,运用ABAQUS有限元软件对脉动风荷载下输电塔结构及输电塔-线体系在碰撞调谐质... 详细信息

高压输电塔-线体系是重要的生命线工程,确保它们在脉动风荷载下的安全可靠运行,具有十分重要的意义。本文通过MATLAB编程实现脉动风荷载的生成,基于实际工程,运用ABAQUS有限元软件对脉动风荷载下输电塔结构及输电塔-线体系在碰撞调谐质量阻尼器(PTMD)控制下结构的动力响应进行研究,研究表明该减振装置具有良好的减振效果。另外,通过对不同质量比的减振装置的减振效果进行分析,确定该减振装置的最优质量比,为指导工程实际提供可靠的依据。

关键词：输电塔结构输电塔-线体系脉动风荷载碰撞调谐质量减振装置(PTMD)

SMART-I台阵多维多点地震激励下输电塔线体系响应分析

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SMART-I台阵多维多点地震激励下输电塔线体系响应分析

第21届全国结构工程学术会议

作者：田利李宏男侯和涛山东大学土建与水利学院大连理工大学建设工程学部

本文研究了SMART-I台阵多维多点地震激励下输电塔线体系的响应。根据输电线路实际工程,在考虑输电线的几何非线性基础上,建立了输电塔-线体系的三维有限元计算模型。选取了SMART-I台阵中不同方向上的多维多点地震动时程,分别研究了不同... 详细信息

本文研究了SMART-I台阵多维多点地震激励下输电塔线体系的响应。根据输电线路实际工程,在考虑输电线的几何非线性基础上,建立了输电塔-线体系的三维有限元计算模型。选取了SMART-I台阵中不同方向上的多维多点地震动时程,分别研究了不同折线角度下输电塔线体系多维一致和多维多点地震响应。研究结果表明,不同夹角下输电塔-线体系在多维多点激励下的响应均大于多维一致激励下的,但随着角度不同,增大程度也不同,尤其是输电线的竖向位移得到了强烈地放大。通过实际的多维多点地震动研究了输电线路不同角度下的响应,对应角度不同,输电线路受多维多点地震影响不同。所获得的分析结果可为输电线路抗震设计提供参考。

关键词：输电塔-线体系 SMART-I台阵多维多点几何非线性地震响应

来源： cnki会议评论

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输电塔线体系下击暴流风致倒塌研究

低温建筑技术 2023年第8期45卷 1-5页

作者：吴昊陈勇楼文娟浙江大学结构工程研究所杭州310058

为探索下击暴流作用下输电塔-线体系连续倒塌的性能,文中采用容量需求比(DCR)为构件破坏准则的输电塔-线体系连续倒塌动力仿真分析方法。模拟了下击暴流风场,并运用LS-DYNA对非稳态下击暴流下的输电线路连续倒塌进行数值模拟,对输电塔... 详细信息

为探索下击暴流作用下输电塔-线体系连续倒塌的性能,文中采用容量需求比(DCR)为构件破坏准则的输电塔-线体系连续倒塌动力仿真分析方法。模拟了下击暴流风场,并运用LS-DYNA对非稳态下击暴流下的输电线路连续倒塌进行数值模拟,对输电塔的倒塌过程、杆件失效路径、DCR等指标开展分析。结果表明塔脚辅助材、交叉斜材和塔腿主材依次破坏,并导致输电塔倒塌,方法可以有效模拟塔-线体系的连续倒塌过程,揭示输电塔的倒塌机理及薄弱部位,为输电塔-线体系抗倒塌设计提供理论支撑。

关键词：下击暴流输电塔-线体系连续倒塌 DCR LS-DYNA

输电塔架与输电塔-线耦联体系风振响应风洞试验研究

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建筑结构学报 2010年第2期31卷 69-77页

作者：赵桂峰谢强梁枢果李杰同济大学土木工程学院上海200092 武汉大学土木建筑工程学院湖北武汉430072 同济大学土木工程防灾国家重点实验室上海200092

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试... 详细信息

为研究高压输电塔-线耦联体系与输电塔架的风振动力响应特点,以某典型500kV高压输电线路结构为原型,设计制作了单塔与塔-线体系的完全气弹模型,进行了多个风向角、多级风速下的单塔和塔-线体系在紊流风场中的完全气弹模型风洞试验。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔结构的顺风向响应和横风向响应处于同一数量级,塔-线体系与单塔相比,其风致敏感性增强,塔-线模型中输电塔的振动较单塔振动复杂,塔顶位移响应较单塔增加幅度较大,强风时塔-线体系的耦合振动现象较为明显,其振动响应表现出非线性系统特有的动力现象,振动过程中系统自振特性不断变化,风致振动激起了线性系统未有的振动频率。输电塔-线体系的结构设计需合理考虑输电塔与输电线的耦合振动对结构动力特性的影响。

关键词：输电塔-线体系单塔气弹模型风洞试验非线性振动风致破坏