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双柱悬索拉线塔的精细化模拟及模型分析

上海交通大学学报 2019年第9期53卷 1066-1073页

作者：聂小春晏致涛施菁华游溢重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆科技学院建筑工程学院重庆401331 华北电力设计院工程有限公司北京100120 国网新疆电力公司电力科学研究院乌鲁木齐830011

基于有限元软件ANSYS,建立了双柱悬索拉线塔的壳单元精细化有限元模型和常规梁单元模型,在试验工况下模拟拉线塔主、斜材杆件应变随荷载加载等级的变化,并将两种模型的模拟结果与试验结果对比,同时也比较了两种有限元模型对结构整体响... 详细信息

基于有限元软件ANSYS,建立了双柱悬索拉线塔的壳单元精细化有限元模型和常规梁单元模型,在试验工况下模拟拉线塔主、斜材杆件应变随荷载加载等级的变化,并将两种模型的模拟结果与试验结果对比,同时也比较了两种有限元模型对结构整体响应的影响.结果表明:壳单元模型对拉线塔主、斜材应变的模拟结果均与试验结果吻合较好,梁单元模型对主材应变的模拟结果与试验结果吻合较好,对斜材应变的模拟结果与试验结果误差较大;上述两种有限元模型对双柱悬索拉线塔的宏观响应指标的影响较小,对杆件内力的影响较大.

关键词：壳单元模型梁单元模型真型塔试验双柱悬索拉线塔

拉线初张力对特高压双柱悬索拉线塔受力性能影响的风洞试验研究

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振动与冲击 2015年第13期34卷 163-168页

作者：俞登科李正良施菁华晏致涛肖正直重庆大学土木工程学院重庆400045 华北电力设计院工程有限公司北京100120

为研究拉线初张力对±800 k V特高压双柱悬索拉线塔抗风性能产生的影响,分别取拉线初张力为其设计承载力的15%、20%、25%,进行了塔线体系气动弹性模型的风洞试验。试验结果表明:拉线初张力的改变对荷载状态下塔线体系的受力性能影响显著... 详细信息

为研究拉线初张力对±800 k V特高压双柱悬索拉线塔抗风性能产生的影响,分别取拉线初张力为其设计承载力的15%、20%、25%,进行了塔线体系气动弹性模型的风洞试验。试验结果表明:拉线初张力的改变对荷载状态下塔线体系的受力性能影响显著,且对双柱支座反力和拉线拉力的影响呈非线性关系,应对拉线初张力进行优化选取。

关键词：拉线初张力双柱悬索拉线塔气动弹性模型风洞试验风振响应

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遮挡效应对双柱悬索拉线塔风力特性影响分析

西南交通大学学报 2017年第2期52卷 254-263页

作者：李正良刘欣鹏晏致涛肖正直重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为研究悬索拉线塔在遮挡条件下塔体风荷载的分布特性,为抗风设计提供理论依据,采用高频测力天平分别对单、双立柱在紊流以及均匀流风场中进行风洞试验,分析研究了遮挡效应对塔架立柱基底弯矩功率谱以及平均风力系数的影响,并对塔架基底... 详细信息

为研究悬索拉线塔在遮挡条件下塔体风荷载的分布特性,为抗风设计提供理论依据,采用高频测力天平分别对单、双立柱在紊流以及均匀流风场中进行风洞试验,分析研究了遮挡效应对塔架立柱基底弯矩功率谱以及平均风力系数的影响,并对塔架基底弯矩功率谱进行了参数拟合,基于顺风向脉动风速谱的基本形式,分别完成了单立柱及双立柱顺风向、横风向以及扭转向动力风荷载模型的参数拟合.研究结果表明:紊流场下,对于单立柱,横风向基底弯矩功率谱峰值主要在15°、30°、45°风向角下较大;双立柱条件下(即存在遮挡效应),对于横风向基底弯矩功率谱而言,其变化规律同顺风向基底弯矩谱基本一致,但其谱峰值是顺风向峰值的10倍;均匀流场下,遮挡距离在10D^20D(D为塔架截面宽度)时,三分力系数变化最敏感,遮挡效应最为显著.

关键词：双柱悬索拉线塔风洞试验功率谱风荷载解析模型

±800kV直流双柱悬索拉线塔塔线体系风振响应的风洞试验研究

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中国电机工程学报 2015年第4期35卷 1009-1013页

作者：俞登科李正良施菁华晏致涛肖正直重庆大学土木工程学院重庆市沙坪坝区400045 华北电力设计院工程有限公司北京市西城区100120

哈密—郑州±800 k V直流输电线路中大量采用双柱悬索拉线塔,双柱悬索拉线塔由双立柱支撑结构及拉线悬索系统所组成,在概念和设计上均较为简洁,主要受风荷载控制。为研究其风致振动动力响应特点,制作并进行了气动弹性单塔模型和塔线体... 详细信息

哈密—郑州±800 k V直流输电线路中大量采用双柱悬索拉线塔,双柱悬索拉线塔由双立柱支撑结构及拉线悬索系统所组成,在概念和设计上均较为简洁,主要受风荷载控制。为研究其风致振动动力响应特点,制作并进行了气动弹性单塔模型和塔线体系模型的风洞试验,测定了在紊流风场中的风振响应,揭示了此类输电塔的荷载传递机制。研究结果表明:在紊流风场中,结构的顺风向和横风向响应处于同一数量级;随风速增加,背风侧拉线趋向松弛,背风侧立柱受压减小;迎风侧拉线张紧,迎风侧立柱受压增大,因而在设计时,需考虑拉线断线和受压立柱动力失稳问题。

关键词： ±800kV 双柱悬索拉线塔风洞试验气动弹性模型风振响应

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双柱悬索拉线塔稳定性研究

双柱悬索拉线塔稳定性研究

作者：温航重庆大学

学位级别：硕士

双柱悬索拉线塔是由塔柱、拉索、悬索、绝缘子以及导地线组成的张拉整体结构体系,其高柔的结构特性使得风荷载成为其主要的控制荷载。在风荷载作用下,迎风侧拉索的拉力将增大,从而导致相应塔柱轴力的增大,但当拉索的拉力达到某一临界值... 详细信息

双柱悬索拉线塔是由塔柱、拉索、悬索、绝缘子以及导地线组成的张拉整体结构体系,其高柔的结构特性使得风荷载成为其主要的控制荷载。在风荷载作用下,迎风侧拉索的拉力将增大,从而导致相应塔柱轴力的增大,但当拉索的拉力达到某一临界值之后,塔柱静力失稳的临界荷载并不会随之提高。虽然背风侧拉索拉力的减小会使得相应塔柱轴力的减小,但塔柱沿线路方向的抗侧刚度也随之降低,从而使其静力失稳的临界荷载也降低。塔线体系的设计是以静力荷载作为依据,但在实际中它通常受到动力风荷载的作用,塔柱在其轴向方向将承受较大的动力荷载,当该动力荷载的频率接近塔柱侧向振动一阶频率的2倍时,塔柱将发生参数共振。由于双柱悬索拉线塔的占地面积较大,因此该类塔线体系一般用于荒漠或戈壁,在该类地区的风速可能远大于设计风速,即塔线体系存在倒塌的可能性。本文针对双柱悬索拉线塔的静动力稳定性展开研究,主要研究工作如下:(1)根据应变能相等得到格构式塔柱的等效截面属性,并从静力响应以及模态来验证这种等效方法得到的截面属性能用于格构式塔柱的静力或动力的简化分析。(2)根据塔柱的受力特点得到其静力稳定性分析的简化模型,即上端简化为弹性支座、下端简化为铰接的等截面压杆。为了得到弹性支座的刚度值,先基于广义变分原理推导斜拉索等效弹性模量的计算公式,该公式考虑了斜拉索在其自重作用下的垂度引起的几何非线性,再根据刚度的定义得到静力简化分析模型中弹性支座的刚度计算公式,并结合塔线体系在等效静力风荷载作用下的有限元分析结果计算出其刚度值。然后基于压杆稳定理论推导出塔柱静力计算长度系数的计算公式,并研究了斜拉索初始预拉力以及风速对其的影响。最后,采用ANSYS提供的特征值屈曲分析功能来验证这种理论研究的正确性。(3)塔柱参数共振研究的简化模型除弹性支座的刚度取值方法不同之外,其余均与其静力简化分析模型保持一致。为了得到弹性支座的动力刚度值,先用Oskoei提出的新方法得到斜拉索的等效动力刚度,再根据刚度的定义得到弹性支座动力刚度的计算公式,并结合塔线体系在动力风荷载作用下的有限元分析结果计算出其刚度值。然后基于Hamilton原理建立塔柱动力简化分析模型的偏微分运动方程,并通过Galerkin方法将其离散为常微分方程。最后根据鲍洛金提出的方法建立临界频率方程,从而得到塔柱的动力稳定域与不稳定域。(4)基于谐波合成法合成塔线体系中风速模拟点的风速时程,并将其转换风荷载施加到塔线体系上。在ANSYS中建立塔线体系的有限元分析模型并完成找形分析及静力求解,再借助ANSYS/LSYNA提供的隐式到显式序列求解功能完成塔线体系的应力初始化以及动力分析。在此基础上,运用B-R运动准则对塔线体系的非线性动力稳定性问题进行了研究,并选取了拉索的初始预拉力、风向角以及档距进行参数分析,主要目的是考察这些参数对塔线体系的非线性动力稳定性临界荷载的影响。最后,在本文的总结工作中提出了有关双柱悬索拉线塔静动力稳定性进一步研究工作的展望。

关键词：双柱悬索拉线塔静力稳定性参数共振非线性动力稳定性

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双柱悬索拉线塔立柱风振响应及风振系数研究

双柱悬索拉线塔立柱风振响应及风振系数研究

作者：马文俊重庆大学

学位级别：硕士

我国的直流输电线路塔型多数采用的还是直立式塔,这种塔形的塔身质量较塔线整体占比较大,经济效益不是很好。反观许多外国国家已经大量采用双柱悬索拉线塔投入到输电线路中,这一塔型的优势在于其重量相较于直立塔要轻30%至50%,但占地面... 详细信息

我国的直流输电线路塔型多数采用的还是直立式塔,这种塔形的塔身质量较塔线整体占比较大,经济效益不是很好。反观许多外国国家已经大量采用双柱悬索拉线塔投入到输电线路中,这一塔型的优势在于其重量相较于直立塔要轻30%至50%,但占地面积却比直立塔要更大。随着我国大力开发西电东输等电网项目,有很多线路会经过荒漠戈壁等地区,这使得双柱悬索拉线塔的经济优势明显。双柱悬索拉线塔主要由两部分组成,分别为拉线悬索体系及两根格构式立柱。目前有关双柱悬索拉线塔立柱结构风致响应研究较少,仅有的研究多限于拉线的张力合理取值等方面,而立柱在脉动风作用下的响应研究和分析是悬索拉线塔风效应分析的关键。本文基于风洞试验、时域分析及频域分析,对双柱悬索拉线塔立柱进行了以下几方面的研究工作:（1）基于双柱悬索拉线塔的塔线体系气动弹性模型风洞试验,研究了双柱悬索拉线塔在B类地貌紊流场下的0°以及90°风向角脉动风作用下的结构双立柱的位移、加速度、基底反力等风致响应。（2）建立了拉线塔的实际塔线体系的ANSYS有限元模型,对双柱悬索拉线塔进行了时域分析,研究了模型在脉动风下的风振响应以及随着拉线预拉力变化的结构响应,并将分析结果与试验结果进行了对比,验证了的建模的正确性。（3）为了方便拉线塔的频域分析计算,提出了双柱悬索拉线塔的模型简化思路,将有限元模型简化为双立柱塔线体系模型、双立柱无导线模型以及单立柱无导线模型,通过模态分析以及时程分析验证简化模型的正确性。并通过结果表明,论文提出的四种模型均可较好地与试验结果吻合。（4）基于提出并验证可行的简化单立柱模型,提出了风振系数的频域分析方法。根据结构动力学中立柱的动力方程求解推导出双柱悬索拉线塔立柱的振型及频率方程。同时基于频域法计算了拉线塔立柱的脉动响应以及不同拉力对立柱侧弯响应的影响,并将其结果与时域分析结果进行了对比分析。（5）通过参数拟合得到了在不同端部弹簧刚度下的立柱无量纲振型公式,将得到的振型分别基于惯性力法、《建筑结构荷载规范》（GB500009-2012）（后文统称《规范2012》）推导出了适用于双柱悬索拉线塔的风振系数公式,并给出了相关参数取值表供拉线塔抗风设计参考。（6）基于Holmes提出的静力等效风荷载法分析了该方法中的三种荷载分量沿塔身高度变化趋势。并通过该方法求解了拉线塔的风振系数,将风振系数代入有限元模型进行时程分析进行了响应验算。结果表明,本文提出的方法可以准确评估双柱悬索拉线塔立柱结构的风效应,可以用于双柱悬索拉线塔立柱结构设计。

关键词：双柱悬索拉线塔脉动风风致响应风振系数

基于Hamilton原理的双柱悬索拉线塔塔柱参数共振分析

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科学技术与工程 2018年第13期18卷 136-142页

作者：肖正直邵鹏飞温航重庆大学土木工程学院山地城镇建设与新技术教育部重点实验室(重庆大学) 重庆400045 中煤科工集团重庆设计研究院重庆400016 成都基准方中建筑设计有限公司成都610021

双柱悬索拉线塔在强风荷载作用下会出现动力失稳现象,准确评估它的动力稳定性对输电线路的安全性具有重要意义。先根据双柱悬索拉线塔塔柱的受力特点,将其简化为下端铰支、上端弹性支撑的等截面柱;接着运用Hamilton原理建立偏微分运动方... 详细信息

双柱悬索拉线塔在强风荷载作用下会出现动力失稳现象,准确评估它的动力稳定性对输电线路的安全性具有重要意义。先根据双柱悬索拉线塔塔柱的受力特点,将其简化为下端铰支、上端弹性支撑的等截面柱;接着运用Hamilton原理建立偏微分运动方程,并通过Galerkin方法将其分解为常微分方程,然后根据鲍洛金提供的方法建立临界频率方程,从而得到塔柱的主要动力不稳定域;最后从实际工程中选取双柱悬索拉线塔进行算例分析,结果表明此算例中的塔柱不存在参数共振现象。

关键词：双柱悬索拉线塔动力稳定性 Hamilton原理动力不稳定域非稳态

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基于免疫遗传算法的双柱悬索拉线塔优化分析

基于免疫遗传算法的双柱悬索拉线塔优化分析

作者：赵冲重庆大学

学位级别：硕士

目前，国内的特高压输变电工程规模日趋增大，输电塔的结构形式复杂多样，工程造价也随之提高。传统的结构设计可以保证结构体系的安全性，但是其经济性确有待提高。因此在满足相关规定的条件下，对结构进行优化设计，减少输电塔结构的... 详细信息

目前，国内的特高压输变电工程规模日趋增大，输电塔的结构形式复杂多样，工程造价也随之提高。传统的结构设计可以保证结构体系的安全性，但是其经济性确有待提高。因此在满足相关规定的条件下，对结构进行优化设计，减少输电塔结构的用钢量有很重要的工程意义和经济价值。本文以哈密南—郑州±800千伏特高压直流输电工程为背景，在广泛阅读相关文献的基础上，对其中的一种双柱悬索拉线塔采用分层优化的免疫遗传算法分别对其拉线初张力和截面尺寸进行了优化，适当的减少了整个结构的用钢量，使工程的经济性有一定提高。首先研究了结构优化的方法和基本原理，在优化过程中需要得知结构的受力分析结果来与约束条件进行比较，由于大位移和垂度效应的影响，该双柱悬索拉线塔结构的几何非线性明显，故采用MATLAB软件自行编制了相应的几何非线性程序来对结构进行受力分析并用ANSYS有限元程序进行了验证。建立一个桅杆结构模型，明确目标函数，给定优化数学模式，应用免疫遗传算法分层实现了该结构的拉线初张力和截面尺寸的优化，保证了自行编制的优化程序对该类结构的适用性，并将优化结果与标准遗传算法的优化结果进行了对比，体现出了免疫遗传算法的加速收敛于全局最优解的优势。然后将实际拉线塔结构做了适当的简化，用桅杆结构杆身采用空间桁架结构来模拟拉线塔立柱，用二节点直线杆单元来模拟拉线，建立起了拉线塔的有限元模型。采用编制好的程序对拉线塔在拓扑构形和节点坐标都已确定的情况下的进行了以结构总重量最小为目标函数的拉线预拉力优化以及相应的截面尺寸优化。在此过程中，虽然拉线预拉力和目标函数没有直接关系，但将预拉力变量视为约束问题来进行处理对整个优化过程产生影响，通过立柱角钢截面型号的改变来自动选择最优截面，减少了用钢量，取得了较好的优化结果，既保证了拉线塔结构的安全性，又提高了其经济性。

关键词：双柱悬索拉线塔几何非线性免疫遗传算法结构优化预拉力

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直流输电线路双柱悬索拉线塔设计

电力建设 2012年第5期33卷 78-81页

作者：郭峰李晨施菁华吴启维刘玮华北电力设计院工程有限公司北京市100120

介绍了双柱悬索拉线塔在国外的使用情况、悬索的找形及铁塔尺寸的确定方法。采用有限单元法分析了双柱悬索拉线塔的动力特性,结果表明:前16阶阵型为拉线振动;拉线及金具的受力较大,需要进一步研究新型金具。对双柱悬索拉线塔、自立铁塔... 详细信息

介绍了双柱悬索拉线塔在国外的使用情况、悬索的找形及铁塔尺寸的确定方法。采用有限单元法分析了双柱悬索拉线塔的动力特性,结果表明:前16阶阵型为拉线振动;拉线及金具的受力较大,需要进一步研究新型金具。对双柱悬索拉线塔、自立铁塔、传统拉线塔的优缺点进行了对比,结果表明在占地不受控制时双柱悬索拉线塔的经济性明显。

关键词：双柱悬索拉线塔悬索拉线金具找形