变电构架避雷针结构的风致动力响应分析

发布时间：2018-05-24 16:30

本文选题：变电构架避雷针 + 风致动力响应　；参考：《郑州大学》2017年硕士论文

【摘要】：随着国民经济的不断发展,电力资源成为我们日常生活、工作不可或缺的一部分。变电站作为输电和配电的集结点,它通过把一些电气设备组装起来,用于电力系统中,为了保护电气设备免受雷电击中的危害,常在变电构架上安装避雷针,将雷电流通过避雷针引到大地,以保护变电场所。变电构架避雷针结构由于高宽比较大,横截面相对较小,所以水平荷载是其结构设计的控制荷载。相比较于地震作用,虽然风荷载作用的幅度较小,但其发生的较为频繁,所以避雷针结构在风荷载作用下更易发生大变形甚至出现截面破坏。而当前规范在对避雷针结构进行设计时,是将风荷载作为拟静力考虑,未能重视脉动风荷载对避雷针结构的动力影响,由于近年来的避雷针结构在强风环境中折断的事故频繁发生,所以研究变电构架避雷针结构的风致动力响应特点具有重要的理论意义和工程应用价值。本文针对变电构架避雷针结构发生断裂事故的研究主要分为两部分:采用beam188建立整体模型进行结构的力学特性(尤其是动力性能)分析;采用shell93建立避雷针相贯节点的精细化模型,对其进行拟静力和动力时程分析,并进行加固和改造。本文的主要研究内容和结论如下:本文对整体变电构架避雷针结构及单根中间避雷针结构(并根据避雷针上是否挂有地线又分为两种情况)按照规范方法在四种风向角下(0o、45o、60o和90o)进行了拟静力分析,得到如下结论:(1)地线对避雷针各节点的位移影响很大,却只影响避雷针和横梁连接处及第一段和第二段避雷针连接点处的应力。(2)避雷针结构的位移响应随着高度的增加而增大,避雷针顶端附近响应增大明显;避雷针底部和中间变截面处为受力薄弱位置(应力较大),应注意这两处的加固处理。(3)避雷针各节点随着风向角从0o变化到90o,发现垂直构架方向的位移不断变大,而顺构架方向的位移不断变小,且90o风向角是结构受力较为不利的工况。本文对整体结构进行了模态分析,发现整体变电构架避雷针结构的振动多为避雷针的弯曲,而构架的振动较难激发。对避雷针结构在频域内进行了谐响应分析,由结果可知:避雷针结构的一阶振型对其动力响应贡献最大,处于构架中部的避雷针的动力响应也包含了高阶振型的影响,在设计时需要综合考虑高阶振型对其动力响应的影响;同时,处于构架中部的避雷针结构在整体结构中的受力最为不利,在标准化设计时,应对中部的避雷针进行加强设计。对整体构架避雷针结构的风振响应全时程分析可知:整体结构受风荷载时中间根避雷针的受力是最不利的;各风向角下90o风向更为不利;避雷针底部和中间变截面处同属于危险截面,在结构设计时均需要进行强度和稳定性校核;根据相同工况下的拟静力和动力计算结果对比,建议取?=1.82作为构架避雷针结构设计时的动力放大系数。提出了一种避雷针结构的加固方案,通过加固前后的拟静力和动力响应分析结果可知:在T型节点处设加劲肋可以明显减轻避雷针与横梁相贯处的应力集中现象。该加固方案可对实际工程的加固提供指导。
[Abstract]:With the development of national economy , electric power resources have become an indispensable part of our daily life and work . In order to protect the electrical equipment from lightning strikes , it has important theoretical significance and application value . ( 3 ) As the wind direction angle changes from 0o to 90o in each node of lightning rod , the displacement in the direction of the vertical frame is continuously increased , and the displacement of the lightning rod in the middle of the frame is more unfavorable .
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM862

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