基于不同计算模型的输电塔结构极限承载力和失效模式研究

摘要

输电塔是电力输送系统的重要组成部分，在运行过程中若受损严重导致倒塌，将可能发生电力工程安全事故，对社会经济产生不利影响。因此保证其足够的极限承载力尤为重要，然而输电塔具有体型高耸、杆件众多的特点，使其计算模型多样化，对其极限承载力计算结果有显著影响。针对现有输电塔极限承载力研究中未考虑计算模型影响的问题，本文主要对输电塔结构的桁架模型、刚架模型以及梁桁组合模型开展了对比研究，进一步开展了输电塔极限承载力的高效分析方法以及极限状态时的失效模式研究，主要内容如下:
　　(1)以某鼓型输电塔和干字型输电塔为例，对比研究了桁架、刚架和梁桁组合计算模型在多种工况作用下的位移、应力和弯矩等结构响应，总结了计算模型对输电塔弹性分析的影响规律，给出了输电塔位移、应力和弯矩计算中模型的选取建议。
　　(2)以某鼓型输电塔和干字型输电塔为例，采用弹塑性增量法(EPIA)和弹性模量缩减法（EMRM），对比分析了输电塔极限承载力和相应的失效模式，指出鼓型输电塔考虑其安全性宜采用梁桁组合模型进行极限承载力分析，干字型输电塔考虑其实际性宜采用刚架模型进行极限承载力分析。输电塔达极限承载状态时，失效杆件主要分布在塔腿或塔颈主材处。
　　(3)考虑其钢材的应变硬化特性，开展了输电塔极限承载力和失效模式研究。研究表明，考虑材料应变硬化后，鼓型输电塔结构极限承载力较不考虑硬化计算值提高6％以上，干字型输电塔结构极限承载力较不考虑硬化计算值提高11％以上，结构失效模式则与不考虑硬化基本相同。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与研究意义

1．2 输电塔静力风荷载研究现状

1．3 输电塔结构计算模型研究现状

1．3．1 输电塔常用计算模型

1．3．1 输电塔结构响应分析的计算模型研究现状

1．4 输电塔极限承载力研究现状

1．4．1 结构极限承载力研究现状

1．4．2 输电塔极限承载力和失效模式的研究现状

1．5 本文研究内容、技术路线与创新

1．5．1 研究内容

1．5．2 技术路线

1．5．3 创新工作

2．1 引言

2．2 鼓型塔架不同计算模型的弹性响应研究

2．2．1 工程实例与基本参数

2．2．2 计算模型对结构弹性响应的影响

2．3 干字型塔架不同计算模型的弹性响应研究

2．3．1 工程实例与基本参数

2．3．2 计算模型对结构弹性响应的影响

2．4 小结

3．1 引言

3．2 输电塔极限承载力分析方法

3．2．1 弹塑性增量法

3．2．2 弹性模量缩减法

3．3 输电塔失效模式分析方法

3．3．1 基于EPIA的失效模式分析

3．3．2 基于EMRM的失效模式分析

3．4 鼓型塔架限承载力与失效模式研究

3．4．1 三种模型的极限承载力对比研究

3．4．2 三种模型的失效模式对比研究

3．5 干字型塔架限承载力与失效模式研究

3．5．1 三种模型的极限承载力对比研究

3．5．2 三种模型的失效模式对比研究

3．5 小结

第四章 考虑材料应变硬化的输电塔极限承载力与失效模式研究

4．1 引言

4．2 钢材常用本构模型

4．2．1 理想弹塑性模型

4．2．2 双线性模型

4．2．3 幂强化模型

4．3 输电塔结构的材料本构关系

4．3．1 Q235的本构关系

4．3．2 Q345的本构关系

4．4 考虑材料应变硬化的鼓型塔架限承载力与失效模式研究

4．4．1 三种模型的极限承载力对比研究

4．4．2 三种模型的失效模式对比研究

4．5 考虑材料应变硬化的干字型塔架限承载力与失效模式研究

4．5．1 三种模型的极限承载力对比研究

4．5．2 三种模型的失效模式对比研究

4．6 小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

攻读硕士学位期间主要参与的科研项目