双回路直线型圆管角钢组合型输电塔静动力分析

论文摘要

输电塔结构是生命线工程,对地表层变形,风和地震等环境荷载十分敏感。近几年,世界各地发生过多起输电塔破坏事件,给人们的生命财产和社会经济带来了巨大的损失。因此,输电塔在自然灾害作用下的精确分析就显得尤为必要。钢管塔在电网建设中的应用益显凸现,但国内外对500kV主干电网中的双回路型圆管角钢组合型输电塔研究较少,本论文采用通用有限元分析软件ANSYS及科学计算软件MATLAB对双回路圆管角钢组合型输电塔进行了几何非线性性能分析,静风极限承载力分析,抗地表变形能力分析,模态分析,地震反应谱分析,地震时程分析和风振分析等较为全面的静动力分析,对杆塔的结构设计提供了有益的建议。研究方法及主要结论如下：该型输电塔的几何非线性不明显,结构分析时可以不考虑其几何非线性性能；现行的铁塔设计软件不易计算铁塔的极限承载力,可以利用静风加载的方法确定静风作用的不利攻角,计算表明铁塔在各个方向的极限承载力较为接近；针对输电塔多架设于野外的情况,利用位移加载的方法研究了圆管角钢塔的抗地表变形能力,确定了位移加载的最不利工况为单支座下沉的工况,并得出了铁塔设计中抗地表层移动的有益建议；动力分析方面,首先进行了模态分析,分析采用塔-质量有限元模型,获取了输电塔的动力特性相关数据,在此基础上进行了地震反应分析,首先采用传统地震反应谱方法,分析了地震动输入角度对输电塔地震反应的影响,结果表明地震动输入角度对地震反应的影响较大,同时输电塔体的各杆件反应的峰值并非均出现在地震波的同一输入方向,之后,运用地震时程分析的方法,通过7度罕遇地震下地震波的一维与三维输入,二维与三维输入,对比了输电塔导线、地线挂点位移的变化情况,研究了地震波的输入维数对输电塔动力反应的影响,最后,利用快速傅里叶变换法,将地震波的时域特征转换为频域特征,对罕遇地震三维输入时地震波的频谱特性进行分析,研究了地震波激励下,导线作用对输电塔的动力反应的影响。动力分析的另一方面是风振分析,运用MATLAB6.5对脉动风速时程进行模拟,采用ANSYS实施加载,分析了输电塔架在脉动风场中的动力响应情况,研究表明通常的静力设计方法可能导致输电塔基础承载力不足,同时,在设计时,应充分考虑变坡度位置的刚度变化对输电塔动力响应的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 输电塔体系基本概况
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文工程背景和主要研究内容
• 2 输电塔的非线性分析
• 2.1 输电塔几何非线性有限元分析理论
• 2.2 材料非线性有限元法基本理论
• 2.3 通用有限元ANSYS简介
• 2.4 ANSYS材料模型
• 2.5 输电塔相关设计参数及有限元模型的建立
• 2.6 ANSYS非线性求解设置
• 2.7 几何非线性分析
• 2.8 静风极限承载力分析
• 2.9 本章小结
• 3 地表层运动对输电塔架的影响
• 3.1 非线性设置及失效准则
• 3.2 通过工况分析确定该种塔体地表位移的最不利工况类型
• 3.3 本章小结
• 4 输电塔架的模态分析
• 4.1 模态分析理论
• 4.2 输电塔架的模态分析
• 4.3 本章小结
• 5 输电塔的地震反应谱分析
• 5.1 反应谱分析的理论
• 5.2 考虑导线作用时地震入射角对塔体的受力影响
• 5.3 导线对双回路直线型钢管角钢组合塔的地震作用分析
• 5.4 本章小结
• 6 输电塔的地震时程分析
• 6.1 地震时程分析原理
• 6.2 地震的输入维数对输电塔的影响
• 7 输电塔的风振分析
• 7.1顺风向脉动风的准定常假定及有限元模型加载
• 7.2 脉动风速的时程模拟
• 7.3 输电塔架的动力反应
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 致谢
• 攻读硕士期间主要成果
• 参考文献