输电塔结构风致倒塔分析

论文摘要

近年来,随着国民经济的进步,电力事业突飞猛进,作为电力输送的动脉,输电线塔结构也得到飞速发展。表现在输电塔越来越高,输电线跨度越来越大,随着输电塔高度增加和跨度增大,输电塔承受的挂线荷载和风荷载越来越大,输电塔朝着高柔的方向发展。日前输电塔设计中风荷载是按照静力荷载进行计算的,导线与输电塔结构通常是分开设计的,一般前者有电气专业的工程师分析,然后把导线荷载提供给结构工程师,当作外力加在输电塔上,通常仅考虑导线静力荷载的作用而忽略了导线与输电塔之间的藕合作用进行计算,这种方法是不太合理的,本文中采用输电塔线结合的模型对输电塔进行了分析。输电塔在恶劣的天气条件下倒塔事故时有发生,而在这样的恶劣条件下输电塔倒塔破坏通常伴随着雷暴大风天气,其中下击暴流引起的输电塔倒塔破坏事故较多,本文研究了在下击暴流作用下输电塔动力倒塔仿真分析。本文采用杆系结构模拟杆件,采用带有预应力的四节点模拟输电线,采用带预应力的杆单元模拟绝缘子,并用简化双线性恢复力模型模拟输电塔杆件的材料非线性,建立输电塔有限元模型。对杆件受弯压作用的失稳破坏特性进行了研究,用ansys程序对杆件在受杆端弯矩和轴向受压作用下轴向刚度的退化规律进行了计算,得到了动力计算可用的弯压失稳破坏准则。文中分析了下击暴流的一般特征,并采把下击暴流分解成一个时变平均成分和一个服从标准正态分布的幅值调幅函数部分,模拟了下击暴流的风荷载时程样本。并将这个下击暴流荷载作为外荷载施加到建立的输电塔模型上,考虑输电塔的受压失稳破坏准则,对输电塔进行弹塑性动力分析。对输电塔的分析可知道,输电塔破坏发生在塔身中下部,破坏形态为杆件受压失稳破坏,引起输电塔的最终倒塔。这与国内外输电塔真型试验的到的结果类似,并且与一些学者研究的输电塔在风力作用下是由于杆件承受受小于设计荷载内力而动力失稳破坏结论一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究工作及意义
• 第2章 输电塔有限元模型
• 2.1 输电塔的分类及结构形式
• 2.2 输电塔线有限元模型
• 2.2.1 输电塔杆件的有限元模拟
• 2.2.2 绝缘子的有限元模拟
• 2.2.3 输电线有限元模拟
• 2.3 基本假定和位移模式
• 2.4 本文选用的输电塔动力分析
• 2.5 小结
• 第3章 下击暴流风荷载
• 3.0 近地面风荷载模拟
• 3.0.1 近地面风理论模型
• 3.0.1.1 平均风荷载模型
• 3.0.1.2 脉动风荷载模拟
• 3.1 下击暴流风荷载
• 3.2 下击暴流风荷载模拟
• 3.2.1 下击暴流风理论模型
• 3.2.1.1 下击暴流风的平均成分
• 3.2.1.2 下击暴流风荷载的脉动成分
• 3.2.2 下击暴流风荷载
• 3.3 模拟出来的风速样本
• 3.4 本章小结
• 第4章 压弯杆件破坏准则
• 4.1 杆件受压失稳
• 4.1.1 平衡分岔失稳
• 4.1.2 极致点失稳
• 4.1.3 越跃失稳
• 4.1.4 输电塔的杆件失稳
• 4.2 杆件失稳的计算方法
• 4.2.1 杆件失稳的解析法
• 4.3 压弯构件弹塑性失稳分析
• 4.3.1 ansys计算方法
• 4.3.2 压弯构件弹塑性分析
• 4.4 小结
• 第5章 输电塔倒塔分析
• 5.1 工程概况
• 5.2 计算理论
• 5.2.1 动力计算理论
• 5.2.2 非线性静力计算
• 5.2.3 输电线塔结构的非线性动力计算方法
• 5.2.3.1 输电塔线体系的增量动力方程
• 5.2.3.2 Newmark-β法求解增量形式动力方程
• 5.2.3.3 Newmark-β法求解增量形式动力方程的基本步骤
• 5.3 计算采用的假设
• 5.4 计算步骤及计算结果
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢