輸電塔線體系環(huán)境荷載致振響應(yīng)研究.pdf

1、輸電塔線體系作為高壓電能輸送的載體，是重要的生命線工程。這種結(jié)構(gòu)體系具有桿塔高聳、跨度大且跨越地形綿延起伏，結(jié)構(gòu)整體柔度隨桿塔高度增加而非線性的增加，輸電塔與輸電線在不同量級的動力特性條件下藕聯(lián)工作。在風(fēng)雨以及導(dǎo)線覆冰等隨機(jī)環(huán)境荷載作用下，動力響應(yīng)形態(tài)復(fù)雜，敏感性強(qiáng)，具有高度的不確定性。環(huán)境荷載作用是輸電塔線體系災(zāi)害性事故頻繁發(fā)生的主要原因。 根據(jù)環(huán)境荷載和結(jié)構(gòu)體系的特征，在考慮風(fēng)荷載梯度剖面分布，湍流脈動方向性、湍流強(qiáng)度和功率

2、譜密度的基礎(chǔ)上，分別采用時間序列法和諧波疊加法建立了適合輸電塔線體系的風(fēng)場簡化模擬方法，有效地將三維風(fēng)場分解為一維風(fēng)場；結(jié)合積雨云形成和降雨的規(guī)律，按降雨量的大小確定降雨的速度規(guī)律，通過動量定理和牛頓第二定律，初步建立了雨對結(jié)構(gòu)作用的荷載模型；針對風(fēng)與降雨隨機(jī)性同步發(fā)生的特點(diǎn)，提出了風(fēng)單獨(dú)作用以及風(fēng)雨共同作用的荷載組合原則，為輸電塔線體系在脈動風(fēng)場作用下的數(shù)值分析創(chuàng)造荷載輸入條件。 針對輸電塔線體系各組成部分的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，提出了桿

3、塔、絕緣子、輸電線及邊界條件的有限元建模原則與方法；確定了輸電塔線體系風(fēng)雨致振動響應(yīng)時域分析的參數(shù)及過程方法；結(jié)合典型的環(huán)境荷載破壞實(shí)例，從單塔到塔線體系，從風(fēng)荷載單獨(dú)作用到風(fēng)雨共同作用等不同角度全面分析了輸電塔線體系的動力響應(yīng)規(guī)律。分析表明：輸電塔與導(dǎo)線的動力特性不在同一數(shù)量級，單純地進(jìn)行比較無實(shí)際意義，而應(yīng)主要分析導(dǎo) (地) 線對輸電塔結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)的貢獻(xiàn)程度；輸電塔線體系的災(zāi)害性破壞多屬于環(huán)境荷載超負(fù)荷引起的局部動態(tài)壓彎失穩(wěn)破壞，結(jié)

4、構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)環(huán)境荷載的地域特征，對定型塔進(jìn)行結(jié)構(gòu)局部適當(dāng)加強(qiáng)處理。 在頻域分析的基礎(chǔ)上，就環(huán)境荷載作用的輸電塔順風(fēng)向響應(yīng)，對基于彎矩、剪力和位移的準(zhǔn)靜態(tài)陣風(fēng)荷載因子法進(jìn)行了拓展和修正，解決了荷載組合、響應(yīng)分量和響應(yīng)因子的計(jì)算方法等問題，初步建立了環(huán)境荷載作用下輸電塔的陣風(fēng)響應(yīng)因子法；考慮降雨作用，在陣風(fēng)響應(yīng)因子法中賦予響應(yīng)分量以新的內(nèi)涵，使分析方法的荷載范圍得到外延：針對輸電塔空間動力響應(yīng)特征，初步探討了三維陣風(fēng)響應(yīng)因子法的準(zhǔn)靜

5、態(tài)設(shè)計(jì)理論架構(gòu)與應(yīng)用方法；采用輸電塔實(shí)測數(shù)據(jù)分析，驗(yàn)證陣風(fēng)響應(yīng)因子法的可靠性和有效性，分析了與方法相關(guān)的敏感性影響因素。 針對輸電線路回路布設(shè)形式和線體在寒冷氣候條件下覆冰截面呈鈍體截面的特征，分析了輸電線橫風(fēng)振動的類型和發(fā)生機(jī)理；考慮輸電線路的垂度效應(yīng)，推導(dǎo)了不同線形條件下導(dǎo)線橫風(fēng)弛振失穩(wěn)的判別準(zhǔn)則；采用有限元方法，分別建立了分裂式導(dǎo)線弛振分析的雜交模型和有限元模型，并根據(jù)運(yùn)動方程的特征值性質(zhì)討論了導(dǎo)線弛振失穩(wěn)的判別方法；結(jié)合

6、具體分裂導(dǎo)線布線方式的弛振分析，初步揭示了輸電線的力學(xué)特征、風(fēng)場的湍流等因素對弛振的影響規(guī)律以及分裂導(dǎo)線弛振運(yùn)動跡線的類型和運(yùn)動規(guī)律。在系統(tǒng)分析輸電塔在環(huán)境荷載作用下疲勞損傷發(fā)生、發(fā)展的原因和破壞機(jī)理的前提下，根據(jù)累積疲勞損傷理論與輸電塔環(huán)境荷載效應(yīng)的概率分布特性，建立了基于疲勞損傷的輸電塔使用壽命評價方法，分析了結(jié)構(gòu)疲勞使用壽命的影響因素；以輸電塔疲勞損傷和設(shè)計(jì)使用壽命為控制條件，建立了以“一次二階矩法”和“完全分布法”為理論基礎(chǔ)的疲