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河北工程大学学报(自然科学版) 2025年第1期42卷 18-25页

作者：李玉学陈鹏石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室河北石家庄050043 中国铁路成都局集团有限公司遂宁工务段四川遂宁629000

以质量单元模拟输电线的质量,以弹簧单元作为边界条件模拟输电线平面内、外等效刚度,建立了输电塔线体系的单塔简化模型。以河北省唐山市乐亭县某一自立式钢管输电塔为工程背景,分别采用所建立的单塔简化模型和传统的三塔两线模型进行... 详细信息

以质量单元模拟输电线的质量,以弹簧单元作为边界条件模拟输电线平面内、外等效刚度,建立了输电塔线体系的单塔简化模型。以河北省唐山市乐亭县某一自立式钢管输电塔为工程背景,分别采用所建立的单塔简化模型和传统的三塔两线模型进行结构风致动力响应计算,通过对比两者在不同风向角、不同输电线初始水平张力和不同输电线跨度下结构的风致动力响应,研究单塔简化模型的适用性。结果表明:在0°、45°和90°风向角下,保持输电线跨度不变,输电线两端初始水平张力在基准值基础上分别增加20%和减少20%时,两种计算模型所得结构在不同高度处的位移响应均方根和最大主材应力均方根基本吻合,且均呈现出随着输电塔高度的增加,二者偏差增大的规律;在不同输电线跨度下,两种计算模型所得结构动力响应的偏差随着输电线跨度增加而增大,其中位移响应均方根偏差较主材应力均方根偏差受跨度影响更显著,因此提出的单塔简化模型适用于跨度小于700 m的输电塔线体系风致动力响应计算。另外,在塔高较小的输电塔线体系中,提出的单塔简化模型具有较高的计算精度。

关键词：输电塔单塔简化模型三塔两线模型初始水平张力风致动力响应

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大跨越输电塔-线体系风致动力响应特性研究

大跨越输电塔-线体系风致动力响应特性研究

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作者：陈鹏石家庄铁道大学

学位级别：硕士

输电塔作为输电线运输电能的支撑体,具有高度大、质量轻、刚度小、自振频率低等特点;而输电线作为运输电能的载体,属于典型的大跨度索缆体系,具有刚度小、几何非线性强等特点;二者共同组成的塔线体系同时兼顾高耸和大跨越的双重结构特点... 详细信息

输电塔作为输电线运输电能的支撑体,具有高度大、质量轻、刚度小、自振频率低等特点;而输电线作为运输电能的载体,属于典型的大跨度索缆体系,具有刚度小、几何非线性强等特点;二者共同组成的塔线体系同时兼顾高耸和大跨越的双重结构特点,属于风敏感结构,容易发生风致破坏。在目前现有的输电线路设计规范中,均是将输电塔和输电线分开设计计算,且结构所受风荷载均采用平均风乘以对应的风振系数来考虑脉动风速对结构风致动力响应的影响。同时,在输电塔设计时,通常将输电线所受风荷载等效为集中荷载施加在输电塔上,以此考虑输电线上风荷载对输电塔结构风致动力响应的影响,并未考虑塔线耦联效应对塔线体系输电塔风致动力响应的影响,由此给结构安全带来不可预知的隐患。因此,本文对考虑塔线耦合效应的输电塔风致动力响应特性进行了研究,主要包括: (1)采用模拟精度较高的梁桁混合模型建立输电塔有限元模型;在有限元软件中采用找形分析法建立输电线有限元模型,通过将找形后的跨中垂度、实际索长和最大索力与理论计算值进行对比,以验证输电线有限元找形的准确性;建立了输电塔、输电线和绝缘子共同作用的三塔两线有限元模型。通过ANSYS软件采用分块兰索斯法分别分析了输电线、单输电塔和塔线体系的动力特性。 (2)采用线性滤波法,在MATLAB中基于Davenport谱模拟塔线体系各加载点的脉动风速时程样本,并将所得风速时程样本通过傅里叶变换(FFT)转换成风速谱,将其与Davenport目标谱进行对比,模拟谱较目标谱上下浮动,二者有较好的吻合度,验证了模拟风速时程样的准确性。 (3)通过ANSYS有限元软件,分别对单输电塔结构和塔线体系以不同风向角进行风致动力响应分析计算,并将二者不同风向角下的风致动力响应计算结果进行对比分析。对比分析表明,随着风向角的增加,塔线耦联效应所产生的动力放大作用也随之增大,90°风向角为最不利风向角。同时,还研究了不同水平张力、不同输电线跨度对塔线体系风致动力响应的影响。研究表明,在相同输电线跨度下,输电线水平张力的改变对塔线体系风致动力响应的影响较小,随着输电线跨度的增大,塔线耦联效应更为明显。 (4)在ANSYS软件中对单塔简化模型进行不同风向角的风致动力响应分析计算,并将计算结果与对应塔线体系风致动力响应计算结果进行对比分析。结果表明,单塔简化模型与塔线体系模型输电塔在不同风向角下的位移响应均方根和应力响应均方根吻合较好,整体呈现“随高度增加而增大”的趋势;同时研究了不同基本风速、水平张力和输电线档距下单塔简化模型适用性。研究表明,此单塔简化模型适用于大部分地区的风致动力响应分析计算,且建议在塔高较小、输电线档距相对较小的塔线体系中使用,此时计算结果具有更高的精度。

关键词：塔线体系单塔简化模型线性滤波法风振响应塔线耦联效应

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