考虑螺栓滑移的输电塔线体系力学分析

论文摘要

输电塔线体系作为高压电能输送的载体,是重要的生命线工程,我国从上个世纪五十年代已经开始建设。随着电网的不断升级,输电塔线结构正在不断地改进和发展,往高耸、大跨及特高压方向发展。输电塔线体系中的输电塔结构多采用空间钢结构,其安装采用螺栓连接。螺栓连接具有施工简便、可拆换等优点,被广泛地应用在建筑钢结构和桥梁钢结构的工地连接中,成为钢结构安装连接的主要手段之一。但是由于安装孔隙的存在,所以有安全隐患。本文以跨距45 m,输电塔高24 m的某变电所出口工程的输电塔线体系为研究背景。针对该结构在使用中出现变形增大的问题,考虑螺栓滑移的影响,对该输电塔线体系的力学行为进行理论和数值分析。本文基于非线性有限元理论,利用通用软件ABAQUS对螺栓的抗剪滑移过程进行了三维有限元数值模拟,有限元分析的结果与已有数据进行对照,验证了文中使用方法的有效性和实用性。然后利用软件ANSYS分析了温度、螺栓滑移对钢结构变形的影响,并与实测数据进行对比。计算结果表明,螺栓滑移会导致钢结构变形明显增大。最后采用悬链线方程推导了带有绝缘子架空线的垂度和水平张力计算公式,计算出各种工况下的垂度和水平张力,主要讨论了温度、螺栓滑移引起的钢架变形对架空线垂度的影响。从分析中发现,由螺栓滑移造成输电塔变形的增加是架空线垂度增大的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高压架空输电塔线体系简介
• 1.2.1 输电塔架
• 1.2.2 架空线
• 1.3 螺栓连接简介
• 1.3.1 连接分类
• 1.3.2 高强度螺栓的钢材
• 1.3.3 高强度螺栓的预紧力
• 1.3.4 连接处构件接触面的处理和抗滑移系数
• 1.4 输电塔线体系的国内外研究现状
• 1.4.1 输电塔线体系的研究现状
• 1.4.2 钢结构和螺栓连接的研究现状
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 非线性有限元基本理论
• 2.1 弹塑性本构关系
• 2.2 大变形几何关系
• 2.3 接触非线性问题
• 2.3.1 接触问题的描述
• 2.3.2 接触问题的求解
• 2.4 非线性平衡方程的求解
• 2.5 小结
• 第3章 螺栓连接的有限元分析
• 3.1 螺栓的工作机理
• 3.2 螺栓连接的有限元分析
• 3.2.1 单元选取和材料模型
• 3.2.2 模型建立与网格划分及其加载约束
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 改变参数的计算结果
• 3.4 小结
• 第4章 螺栓滑移对钢结构变形的影响
• 4.1 引言
• 4.2 初始钢结构变形
• 4.2.1 静载荷
• 4.2.2 温度的变化对钢结构的影响
• 4.3 螺栓滑移对钢结构变形的影响
• 4.3.1 螺栓全部发生滑移
• 4.3.2 螺栓部分发生滑移
• 4.4 小结
• 第5章 架空线垂度的计算
• 5.1 电线垂度的计算
• 5.2 悬链线法和抛物线法的比较
• 5.3 考虑绝缘子时架空线垂度的计算
• 5.3.1 绝缘子的分析模型
• 5.3.2 架空线垂度计算
• 5.4 几种工况下的垂度计算结果
• 5.4.1 初始安装
• 5.4.2 温度影响
• 5.4.3 钢架影响
• 5.4.4 冬季非供电状态
• 5.4.5 动荷影响
• 5.4.6 冬夏两季供电工作状态
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢