高壓輸電塔-線耦聯(lián)體系風(fēng)致非線性振動研究.pdf

1、高壓輸電塔線體系的風(fēng)致破壞問題一直是困擾世界各國線路工作者的難題，自首條線路投入使用以來，對該問題的研究就從未間斷，但至今仍未能真正解決。另一方面，作為重要的生命線工程，高壓輸電線路的風(fēng)致破壞會給國民經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和人民生活的安定造成巨大損失，甚至?xí){到國家社會局面的穩(wěn)定性。因此，對高壓輸電線路體系的風(fēng)致破壞問題進(jìn)行深入研究具有重要的社會意義。本文采用有限元分析、風(fēng)洞試驗、非線性振動分析相結(jié)合的方式，對高壓輸電塔線體系的風(fēng)致響應(yīng)做了詳細(xì)分

2、析，建立了輸電塔線耦合體系的非線性動力學(xué)分析模型，研究揭示出塔線耦聯(lián)體系風(fēng)致振動的本質(zhì)非線性響應(yīng)特點(diǎn)，并給出了高壓輸電塔線體系風(fēng)致破壞的理論解釋。
　　 建立了較為準(zhǔn)確的高壓輸電塔線體系的三維有限元模型，采用基于隨機(jī)Fourier波數(shù)譜的脈動風(fēng)場數(shù)值模擬技術(shù)得到輸電線路的設(shè)計風(fēng)速場，同時根據(jù)現(xiàn)場觀測風(fēng)速數(shù)據(jù)，對單根輸電線、單桿輸電塔及塔線體系的自振特性和風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)分析。研究發(fā)現(xiàn)，對于輸電線路中的單體結(jié)構(gòu)，其自振頻率之間有

3、近似1：1和近似整數(shù)倍的關(guān)系存在，在風(fēng)致振動過程中，輸電線與輸電塔成為一個整體振動，風(fēng)速愈大，線與塔之間的耦合振動愈強(qiáng)，輸電線路的風(fēng)致振動是本質(zhì)非線性的，強(qiáng)風(fēng)時，輸電塔與輸電線的耦合非線性振動可使結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)顯著增加，輸電塔結(jié)構(gòu)的內(nèi)力增加受輸電線的影響顯著，線路的破壞是由于輸電塔塔腿受壓側(cè)主材構(gòu)件的彈塑性狀態(tài)的失穩(wěn)破壞引起的，按傳統(tǒng)線性動力分析理論設(shè)計輸電塔結(jié)構(gòu)時，未考慮塔架與輸電線耦合振動對塔架動力特性的影響，使得既有的輸電塔結(jié)構(gòu)在

4、強(qiáng)風(fēng)環(huán)境中偏于不安全。
　　 設(shè)計制作了高壓輸電塔線體系的氣動彈性模型，對塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗研究，觀測到了塔線體系中的輸電塔在強(qiáng)風(fēng)時的破壞現(xiàn)象，其破壞特點(diǎn)與現(xiàn)場調(diào)查的高壓輸電塔的破壞較為相像。對于塔身無附加橫隔的輸電塔組成的輸電線路，在輸電塔破壞前可以看到塔身背風(fēng)面構(gòu)件在順風(fēng)向的強(qiáng)烈振動，在短時間內(nèi)，塔體振動部位的桿件發(fā)生破壞，最終導(dǎo)致輸電線路破壞?？芍瑥?qiáng)風(fēng)時輸電塔破壞既有彈塑性狀態(tài)的失穩(wěn)破壞，也有輸電塔結(jié)構(gòu)的氣

5、彈穩(wěn)定性破壞。試驗結(jié)果分析進(jìn)一步證明，高壓輸電塔線體系在強(qiáng)風(fēng)時的風(fēng)致振動具有較強(qiáng)的非線性振動特性，輸電線與輸電塔之間的模態(tài)耦合作用較強(qiáng)；輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需考慮非線性振動對輸電塔結(jié)構(gòu)動力特性的影響。
　　 從非線性動力學(xué)入手，建立了輸電線與輸電塔的三維非線性運(yùn)動方程，對輸電線的面外與面內(nèi)的非線性耦合振動做了研究；根據(jù)輸電線與輸電塔的連接條件，得到了簡化的塔線體系耦合非線性動力模型，進(jìn)一步研究了輸電塔與輸電線之間的非線性振動特點(diǎn)