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输电塔结构风振响应分析

输电塔结构风振响应分析

作者：司甜甜河北工程大学

学位级别：硕士

输电塔高度高、塔身镂空、外形细长,是一种比较特别的结构形式,在电力、广播电视、通讯等领域以及大跨度桥梁施工中应用广泛。随着时代的发展和施工要求的进步,使其结构朝着更高、更柔、更轻和低阻尼的方向发展,从而对作为其主要控制荷... 详细信息

输电塔高度高、塔身镂空、外形细长,是一种比较特别的结构形式,在电力、广播电视、通讯等领域以及大跨度桥梁施工中应用广泛。随着时代的发展和施工要求的进步,使其结构朝着更高、更柔、更轻和低阻尼的方向发展,从而对作为其主要控制荷载的风荷载的敏感性提出了更进一步的要求。若输电塔出现风致破坏情况,则会引起供电系统瘫痪,甚至火灾等次生灾害,这些问题将严重影响人们的生产建设和生活秩序。因此,对输电塔进行风振响应分析显得尤为重要。本文以一座高为41.7m的猫头型输电塔作为研究对象,建立该塔的有限元模型,对其进行风荷载模拟,然后进行动力特性及其风振响应分析。主要内容包括:（1）研究了风速的基本特性以及脉动风荷载的模拟方法,着重对自回归线性滤波器AR法的实现过程进行了介绍。并基于AR法,运用MATLAB软件对输电塔结构的脉动风速时程进行了模拟,然后将模拟结果与目标风速谱Davenport谱进行对比,结果吻合较好,验证了模拟的正确性。（2）采用梁单元模拟角钢,运用SAP2000有限元软件建立输电塔结构的有限元模型,并进行模态分析,得到其振型及自振频率等动力特性。通过对比,使用SAP2000模态分析得出的第一阶自振频率与由经验公式算得的结果相近,说明该有限元模型可以真实地反映其动力特性,从而验证了模型的实用性。（3）将模拟得到的风荷载以节点力的形式施加到所建的有限元模型上,并对输电塔结构在时域内用Newmark法进行风振响应分析。通过对其进行时程分析得到输电塔在风向角为0°、45°、60°和90°四种情况下的位移、速度、加速度时程,选取部分节点计算其X和Y两个方向的位移均值、位移最大值以及加速度均方差并进行对比。结果表明,X方向和Y方向的位移均值和加速度均方差均沿高度不断增大,且在塔顶尤其明显;X方向的位移响应在风向角为60°时有最大值,而Y方向则在风向角为0°时有最大值,加速度响应有同样的规律。

关键词：输电塔结构风荷载 AR法模态分析风振响应分析

干字型输电塔结构远近场地震易损性及不确定性分析

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干字型输电塔结构远近场地震易损性及不确定性分析

作者：李常升河北大学

学位级别：硕士

输电塔作为电力建设的基础设施,在电力传输过程中起着重要作用。由于地震作用造成的输电塔局部破坏以及整体倒塌破坏时常发生。我国作为地震频发国家,输电塔的破坏会导致电力供应不足,造成国家经济损失甚至严重影响到人民的生命安全。... 详细信息

输电塔作为电力建设的基础设施,在电力传输过程中起着重要作用。由于地震作用造成的输电塔局部破坏以及整体倒塌破坏时常发生。我国作为地震频发国家,输电塔的破坏会导致电力供应不足,造成国家经济损失甚至严重影响到人民的生命安全。故研究输电塔的抗震能力具有重要意义。目前输电塔结构的地震响应分析以及整体倒塌分析已经取得了一系列重要成果。但由于大多数的研究只考虑了近场地震动而忽略了远场地震动对输电塔的影响。输电塔结构在地震作用下会发生局部破坏,以及在生产运输过程中会发生结构尺寸以及材料参数的改变,都会对结构产生重要影响。所以研究远近场地震动对输电塔结构发生局部破坏及整体破坏影响的差异性、参数不确定性对结构的影响、以及与参数确定性之间结果的差异性成为钢结构抗震研究的热点问题。通过考虑远近场地震动对输电塔的影响,选用更为合理的有效峰值加速度作为地震动强度指标,对不同高度输电塔进行地震响应分析。建立了输电塔确定性以及不确定性分析计算模型。总结了输电塔局部破坏的顺序,以及结构参数不确定性对输电塔不同破坏状态影响的差异性规律。主要研究内容如下:(1)通过建立与缩尺试验相同的输电塔三维模型,验证建模方法的正确性。建立SAP2000与Open Sees输电塔模型,对比验证模型准确性。考虑远近场地震动的差异性,通过谱形匹配选择合适的地震动,并依据所选的地震动对结构进行动力时程分析。(2)考虑到输电塔发生局部破坏,对杆件轴力设计值进行计算,并依据所选远近场地震动对结构局部破坏进行计算分析。研究总结远近场地震动作用下输电塔局部破坏顺序以及破坏规律的差异性。(3)把有效峰值加速度EPA作为地震动强度指标,并对其进行改进。采用IDA方法对参数确定性输电塔结构进行地震响应分析,并通过易损性分析来表征结构在不同破坏状态下的失效概率。通过结果对比计算远近场地震动对输电塔结构影响的差异性。(4)选择合适的不确定性参数,采用拉丁超立方抽样法选取100组随机数据。对不同参数进行灵敏度分析,确定各参数对结构影响的差异性。并建立不确定性输电塔模型,通过易损性分析研究参数不确定性相比于确定性结构在远近场地震动作用下顶点位移以及最大层间位移角的差异性。得出参数不确定性对结构在不同破坏状态下失效概率的规律以及差异性的影响。

关键词：输电塔结构有效峰值加速度地震响应分析易损性分析参数不确定性

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输电塔结构耐受风速的随机分析

广东电力 2021年第7期34卷 102-109页

作者：张栋余书君范文亮任坤唐正奇佛山电力设计院有限公司广东佛山528000 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

目前,输电塔结构的随机分析主要集中于杆塔设计规范、杆塔构件或结构的可靠度分析,杆塔结构抗风能力的研究相对较少,且往往是设计杆塔抗风承载能力的确定性分析,关于杆塔设计规范的抗风能力水平研究基本未涉及。以现有杆塔设计规范为前... 详细信息

目前,输电塔结构的随机分析主要集中于杆塔设计规范、杆塔构件或结构的可靠度分析,杆塔结构抗风能力的研究相对较少,且往往是设计杆塔抗风承载能力的确定性分析,关于杆塔设计规范的抗风能力水平研究基本未涉及。以现有杆塔设计规范为前提,综合考虑荷载和抗力的随机性,开展杆塔构件抗风极限承载力的随机分析,并结合风荷载与风速的函数关系研究了杆塔设计规范的耐受风速的概率结构,给出耐受风速平方的均值与变异系数的近似解析表达式,形成易于实现的耐受风速随机分析方法。分析表明:耐受风荷载、耐受风速的平方以及耐受风速均服从对数正态分布;耐受风荷载与耐受风速的均值都依赖于设计基本风速以及荷载效应比,其变异系数仅依赖于荷载效应比,与设计基本风速无关。

关键词：输电塔结构杆塔设计规范耐受风速随机分析可靠度

输电塔结构设计表达式分项系数合理性及体系可靠度分析

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输电塔结构设计表达式分项系数合理性及体系可靠度分析

作者：刘静波重庆大学

学位级别：硕士

输电塔杆塔结构为了满足输电功能的要求,结构形式独特,杆塔结构的受力比较明确,是在实践中经过检验、优化生存下来的结构形式。输电塔是一种高度高,外形细长,重量轻、柔度大的高耸结构,对风荷载反应敏感,设计时往往是风荷载起控制所用... 详细信息

输电塔杆塔结构为了满足输电功能的要求,结构形式独特,杆塔结构的受力比较明确,是在实践中经过检验、优化生存下来的结构形式。输电塔是一种高度高,外形细长,重量轻、柔度大的高耸结构,对风荷载反应敏感,设计时往往是风荷载起控制所用。目前,高压输电塔结构的设计规范基本上是参照建筑结构规范进行编制的,当风荷载效应占较高比重时,输电塔结构的可靠度水平偏低,不能满足工程结构的现实需求。因此,本文沿用建筑结构规范基于分项系数的设计表达式,在前有学者的研究基础上对输电塔结构规范进行校准,并系统的研究了现有输电塔相关结构设计规范中设计表达式的各个系数的取值合理性。本文主要的研究工作如下:(1)采用同时考虑平均风压和脉动风压随机性的等效随机静风荷载模型,以此来精确计算符合风荷载随机特性的统计参数。主要考虑规范常见荷载组合下,可变荷载效应比的影响规律;另外考虑规范中不同风荷载调整系数这种加强措施对可靠度水准的影响。发现现有的输电塔结构主要设计规范(DL/T 5154-2012)总体来说是低于《建筑结构可靠度设计统一标准》(GB 50068-2001)中的目标可靠度,甚至相差较多。(2)在系统分析了风荷载、抗力的统计参数和规范的设计表达式的前提下,根据可靠一致性原则,优选出简单组合下永久荷载与风荷载作用效应同号情况下的最为合理的荷载分项系数,并建议荷载分项系数分别取为G?=1.2,Q?=1.7;异号时分别取为G?=0.8,Q?=1.7;对于次要线路的输电塔结构的结构重要性系数0?取为0.9,对于重要线路取为0?=1.15。有覆冰地区的输电塔结构,风荷载,覆冰荷载均乘组合值系数,其值取为0.9。得出了一套适合于输电塔结构设计表达式的各合理分项系数的取值,供相关标准参考;(3)基于等价极值事件理论建立等价功能函数,利用有限元分析输电塔结果的响应值,并计算规范DL/T 5154-2012中主要工况下输电塔结构的可靠度。恒载+风荷载组合下,以材料屈服应力和位移限值为判定准则的可靠度高于目标可靠度的要求;覆冰荷载参与组合下,不均匀覆冰工况基本能达到目标可靠度,而断线工况低于目标可靠都较多,在实际工程当中时应采取相应措施加以改善。

关键词：输电塔结构可靠度荷载载效应比优选分项系数响应面法

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输电塔结构风致疲劳分析

输电塔结构风致疲劳分析

作者：李素杰华中科技大学

学位级别：硕士

输电塔结构是一个国家生命线工程的重要组成部分，风荷载是其主要的设计荷载。近年来因风荷载造成的输电塔倒塌事故多次出现，不仅对人民的生产生活造成极大的影响，还可能导致其他比较严重的次生灾害。因此，对输电塔结构进行风振疲劳... 详细信息

输电塔结构是一个国家生命线工程的重要组成部分，风荷载是其主要的设计荷载。近年来因风荷载造成的输电塔倒塌事故多次出现，不仅对人民的生产生活造成极大的影响，还可能导致其他比较严重的次生灾害。因此，对输电塔结构进行风振疲劳分析有着重要的现实工程意义。本文以龙开口500kV送出输电工程中呼高为45m的酒杯型输电塔为研究背景，详细地介绍了基于累积损伤理论和概率断裂力学理论的结构风振疲劳分析。首先本文基于疲劳累计损伤理论，介绍了输电塔结构的风致疲劳时域分析方法，估算了结构的疲劳寿命。内容主要包括输电塔结构的有限元模型建立方法以及在随机风荷载作用下的了风振响应计算;并假定某风向上不同平均风速出现的概率服从Weibull分布，以考虑风向风速分布对结构疲劳累积损伤的影响。为减少计算机的计算量，本文运用材料力学知识提出了计算L型截面的应力分布的简化方法。然后采用基于断裂力学的疲劳裂纹扩展模型对结构进行疲劳分析，而应力强度因子是一个重要的基本概念，反映了裂纹尖端附近应力场强弱。本文第三章主要介绍了三维表面裂纹有限元模型的建立和裂纹尖端处应力强度因子的求解方法，并将计算结果和Newman&Raju经验公式进行了对比，以验证数值模拟的可行性和可靠性;并在此基础上提出了复合裂纹的应力强度因子的近似计算方法。最后本文在第四章采用概率断裂力学理论研究结构的疲劳问题并考虑了材料裂纹扩展速率的随机性分散性。基于疲劳裂纹扩展理论和Paris公式，本章推导了恒幅荷载作用下结构的疲劳寿命估算公式，并通过引入一个平稳的对数正态随机过程获得随机裂纹扩展模型。

关键词：输电塔结构风向风速分布概率疲劳累积损伤分析应力强度因子裂纹扩展分析

基于压电摩擦阻尼器的输电塔模型结构控振分析与试验研究

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世界地震工程 2016年第3期32卷 106-111页

作者：朱军强谷亮朱熹育张仁猛西安建筑科技大学土木工程学院陕西西安710055

研究了新型压电摩擦阻尼器对输电塔结构模型在地震作用下的振动控制问题。提出了一种新式的拉索-压电摩擦阻尼器减振系统,对安装有拉索-压电摩擦阻尼器减振系统的输电塔结构模型进行了振动台试验,试验中采用最优Bang-Bang半主动控制策... 详细信息

研究了新型压电摩擦阻尼器对输电塔结构模型在地震作用下的振动控制问题。提出了一种新式的拉索-压电摩擦阻尼器减振系统,对安装有拉索-压电摩擦阻尼器减振系统的输电塔结构模型进行了振动台试验,试验中采用最优Bang-Bang半主动控制策略对阻尼器出力进行实时调节。对试验进行数值模拟分析,并将分析结果与试验结果进行对比,同时对结构的耗能进行了时程分析。结果表明:拉索-压电摩擦阻尼器减振系统能有效减小输电塔结构模型在地震过程中的响应;模拟与试验结果相吻合,说明了模拟结果的可靠性良好。

关键词：新型压电摩擦阻尼器输电塔结构最优Bang-Bang半主动控制策略数值模拟振动台试验

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基于改进果蝇算法的输电塔结构局部优化研究

基于改进果蝇算法的输电塔结构局部优化研究

作者：韩沐轩河北工程大学

学位级别：硕士

伴随着人民日常生产生活中耗电产品的增多,设计出满足高电压、长距离、大容量的新型输电塔成为了亟待解决的难题。因具有诸多显著优点,桁架结构被广泛应用于输电塔结构设计,使得结构构件自重减小、整体稳定性提高、相对荷载性能增强、... 详细信息

伴随着人民日常生产生活中耗电产品的增多,设计出满足高电压、长距离、大容量的新型输电塔成为了亟待解决的难题。因具有诸多显著优点,桁架结构被广泛应用于输电塔结构设计,使得结构构件自重减小、整体稳定性提高、相对荷载性能增强、各杆件之间协调更灵活。研究人员通常利用桁架结构优化的方法提升输电塔结构性能。输电塔优化设计首先要满足结构基本功能和正常使用需求,然后以最小的成本消耗换取最大的使用效益。鉴于有限元软件及智能优化方法的不断发展和完善,以及果蝇算法在工程结构优化设计中的良好表现,此次提出了一种应用于输电塔结构优化设计的新方法,即将免疫算法与果蝇算法进行融合,融合免疫算法的改进果蝇算法(Improved fruit fly optimization algorithm based on immune algorithm,IAFOA)可以有效提升标准果蝇算法面对输电塔结构优化问题的求解能力。该方法先将输电塔结构的截面、拓扑和形状变量统一转化为离散变量,再把输电塔截面优化设计转化为标准化0-1背包问题,改进后的果蝇优化算法被应用于实现输电塔的结构优化设计过程中。IAFOA利用免疫算法改善基本算法易陷入局部极值的缺陷,即当进化停滞步数t大于进化停滞步数阈值T时,执行免疫操作来该改进种群多样性进而平衡果蝇优化算法的全局与局部搜索能力,通过标准函数及求解0-1背包问题的测试验证改进算法具有较好的鲁棒性。优化实例表明,IAFOA的各方面性能均有较大提升,尤其是在针对优化稳定性和可能陷入局部最优解等问题时有显著改进,具有良好的全局搜索能力。输电塔结构优化方法在IAFOA的参与下优化性能得到增强,且通用性强,应用前景广阔。该研究为输电塔结构优化提供了新思路。

关键词：输电塔结构桁架结构结构智能优化果蝇优化算法

氯离子腐蚀对滨海地区输电塔结构风振响应的影响研究

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钢结构（中英文） 2023年第2期38卷 32-40页

作者：李利孝荣祥熙李强古俊等刘世增周海俊深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局云南大理671014

滨海地区的输电塔结构长期遭受海洋腐蚀性大气环境的侵蚀,其构件有效承载面积因腐蚀而削减,力学性能逐渐降低;长期的环境腐蚀与滨海强风耦合作用下,输电塔结构的服役安全性及耐久性受到了严重威胁。为了准确刻画长期氯离子侵蚀对滨海输... 详细信息

滨海地区的输电塔结构长期遭受海洋腐蚀性大气环境的侵蚀,其构件有效承载面积因腐蚀而削减,力学性能逐渐降低;长期的环境腐蚀与滨海强风耦合作用下,输电塔结构的服役安全性及耐久性受到了严重威胁。为了准确刻画长期氯离子侵蚀对滨海输电塔线结构体系风致动力响应的影响机制,首先在实验室对输电塔角钢进行盐雾加速腐蚀试验,腐蚀时长分别设定为0,800,1600,2400 h;之后利用腐蚀后角钢制作拉伸试件并采用MTS试验机对其进行力学性能试验,探究腐蚀对角钢截面损失率以及力学性能退化的影响规律,构建腐蚀时长(截面损失率)与角钢力学性能参数的回归模型;最后基于修正的二次溯流模型来刻画腐蚀后角钢的本构模型,并采用SAP 2000有限元分析软件建立考虑腐蚀影响的输电塔结构有限元分析模型,开展输电塔线结构体系风振响应分析,探究滨海氯离子侵蚀对输电塔结构风振响应的影响机制。研究结果表明:随着氯离子侵蚀时间的增加,角钢力学性能呈逐渐下降趋势,在腐蚀时长为800 h时,极限强度退化率与屈服强度退化率分别为4.00%与3.01%,伸长率和弹性模量则分别下降了5.33%和7.02%;当腐蚀时长达到2400 h后,极限强度退化率与屈服强度退化率相较于未腐蚀工况分别达到16.49%和15.22%,下降幅度显著,伸长率和弹性模量下降幅值分别达到9.74%与14.33%。通过对输电塔结构的动力分析发现,随着腐蚀累积,输电塔结构的自振频率呈逐渐下降趋势,在腐蚀时长达2400 h时,输电塔结构的一阶自振频率相较于未腐蚀前下降了4.08%,且腐蚀对输电塔结构的高阶频率影响更加显著;对应于3种腐蚀工况(腐蚀时长分别为800,1600,2400 h)的输电塔结构风振位移响应和塔身杆件应力呈逐渐增加趋势,腐蚀时长达到2400 h时,塔身顶部最大位移已达0.466 m,较未腐蚀工况时塔身顶部位移增幅达9.8%,杆件应力最大增幅达5.1%;4种工况在同一风荷载作用下最大应力值与其对应腐蚀时长下的屈服强度比分别为0.52、0.55、0.58和0.60。

关键词：氯离子腐蚀输电塔结构性能退化风振响应

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基于蚁群算法的输电塔结构局部优化设计

建筑科学与工程学报 2016年第1期33卷 76-82页

作者：张卓群任宗栋李宏男李宁王稳国核电力规划设计研究院北京100095 大连理工大学建设工程学部辽宁大连116024

提出了一种可同时求解结构截面、拓扑、形状和布局优化问题的基于蚁群算法的输电塔结构局部优化设计方法。在统一所有优化变量的基础上,将4类不同层次的优化问题统一为适用于蚁群算法求解的标准化旅行商问题,再采用MATLAB系统平台实现... 详细信息

提出了一种可同时求解结构截面、拓扑、形状和布局优化问题的基于蚁群算法的输电塔结构局部优化设计方法。在统一所有优化变量的基础上,将4类不同层次的优化问题统一为适用于蚁群算法求解的标准化旅行商问题,再采用MATLAB系统平台实现输电塔结构的优化设计和程序化,并以某实际工程为算例对局部优化方法进行验证。结果表明:提出的方法不仅可以简单高效地求解输电塔结构塔身局部的截面、拓扑、形状和布局优化问题,而且具有非常好的实用性和通用性,有望应用于完整的输电塔结构优化设计中。

关键词：输电塔结构桁架结构局部优化设计蚁群算法旅行商问题