220kV大跨越转角输电线塔的力学分析

发布时间：2020-04-19 16:39

【摘要】：电力产业作为保证经济建设和人民生活的基础性产业,保障其安全稳定的运行以及供电的可靠,对于国计民生显得十分重要。大跨越转角输电塔作为远距离输电线路中的重要组成部分,其能否在各种荷载作用下,保持结构的强度、刚度以及稳定性,关系到整个输电网络的安全运行。本文以220kV转角输电塔为研究对象,首先利用ANSYS有限元软件先后建立了单塔、三塔两线的转角塔线体系模型,并对两者进行模态分析,得到相应的自振频率和振型。研究表明转角塔线体系的自振频率十分密集,且扭转振型较少发生,其频率也比单塔的扭转频率低。然后对转角输电单塔在大风工况、覆冰工况和断线工况下的静力强度进行分析,研究了各种工况下的位移响应、Mises应力以及每根主材的节点位移、单元轴向应力,发现主材的节点位移会随其高度的增加而变大,Mises应力的最大值多出现在27m高度处,此处是构建主材时其倾斜度发生改变的位置。在大风工况下,风向角在0-90°之内时,同主材同高度处的节点位移和单元轴向应力会随风向角的增加而变大。在覆冰工况下,主材的节点位移相差明显,单元轴向应力的差值会随风向角的增加而变小。在断线工况下,节点位移差值会随高度增加而减小,不同的断线情况下,主材的单元轴向应力会发生拉应力和压应力的相互转变。在运用MATLAB软件采用谐波合成法模拟出稳态风荷载后,对输电单塔和转角塔线体系进行风振响应分析。研究表明,在塔线体系中输电塔产生了顺风向的弯曲和扭转振动,节点的横向位移时程会围绕着位移均值上下波动,节点的纵向位移均值会随节点高度的增加而变大,其内侧的纵向位移均值大于外侧。最后对单塔进行了地震的反应谱分析和时程分析,输电塔的应力最大值和位移最大值会随地震烈度的增加而变大。在相同的地震烈度下,45°方向的地震激励会比横向和纵向的地震激励造成的应力值和位移值大。输电塔顶端节点位移变化趋势受到地震波加速度的影响,会有急速增大到位移最大值后慢慢变小的收敛过程。
【图文】：

输电塔,形式,拉线

为了使电能的供应可以满足经济发展的需求，国家先后提出“西电东送”、“北电南送”等战略来解决能源分布的不均衡性问题。作为保障经济建设和人民生活的基础性产业，电力产业的发展步伐已经逐渐加快。为了保证电网安全安全而稳定的运行并且可靠的供电，对于国计民生显得十分重要。因此，大跨越输电塔作为高压输电线路中的重要组成部分，其能否在各种荷载的作用下，不发生大的变形并且可以保持结构的稳定，关系到整个输电网络的安全运行，更是直接关系到人民的生命财产安全。所以对输电塔进行研究对保证日常生活安定和社会发展具有非常重要的现实意义。输电铁塔按照结构特点和组合的方式[1-3]，可以分为自立式输电塔和拉线式输电塔两种形式，如图 1.1 所示。对于拉线式输电塔，其能否在各种荷载的激励下保持结构的稳定，主要在于与地面基础相连接的拉线所能承受的拉力大小。对于自立式输电塔[4]，它的平衡稳定主要看四个塔腿的深基础。通过两种结构的对比可知，自立式输电塔相比于拉线式输电塔而言，具有占地面积少，结构杆件空间组合样式丰富的特点。在实际的工程应用中，，自立式输电塔具有更强的空间整体稳定性。因此，现阶段电网工程建设中，自立式输电塔结构应用更加广泛。

输电塔,受损情况,风荷载

a) 输电塔大风受损 b) 输电塔地震受损图 1.2 输电塔受损情况Fig. 1.2 Damage of transmission tower1.2 国内外研究现状1.2.1 输电塔的风荷载研究现状人类对风荷载的研究可以追溯到 18 世纪。Smeaton 等于 1759 年提出在设计建筑物时应该考虑风荷载[9]，但在当时，人们对风荷载的了解并不深刻，因此并未引起人们对风荷载足够的重视。1879 年的特桥事件终于使得人们意识到自然风对建筑物的影响，从此对风的研究才真正开始进行[10]。在风的研究历程中，存在着重大性的改变。在研究之初以及后来的很长一段时间，研究人员一直运用静荷载来替代风的作用，直到 1940 年著名的塔科玛大桥事件发生之后，人们才终于认识到风荷载对建筑物产生的是风振作用。二十世纪 60 年代初期，Davenport[11-13]荷载和风振响应的过程中引入了概率统计方法，并且提出了阵风
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75

【参考文献】