台风荷载作用下110kV输电塔薄弱部位加固研究

摘要

输电塔线体系作为电能输送的载体，直接关系着国家的稳步发展、国民生活的不断提高。输电塔线体系当中存在着导地线与绝缘子串之间的几何非线性、输电塔与导线之间的耦合作用以及输电塔与基础的耦合作用;因此，在强风作用下，输电塔结构易发生振动。这可能造成输电塔杆件发生断裂或者出现残余变形，甚至使整个结构在强风作用下出现倒塌。
　　针对当前我国输电塔风灾倒塔这一严峻现实，本文对输电塔风致破坏的现象进行调研，并结合ANSYS静力分析与模态分析明确110kV输电塔风致薄弱部位;在此基础上，采取针对性措施对其进行加固，并对所提出的加固方案的有效性进行了深入研究。
　　本文的研究工作主要包括以下几个部分:
　　第一，以有限元软件ANSYS14.0为研究平台，研究了输电塔的有限元建模方法，成功构建了ZGU302、ZM1及ZM4这三种类型110kV输电塔精细化三维有限元模型;
　　第二，从沿海地区强台风作用下输电塔倒塌破坏的现场调研、110kV输电塔的ANSYS静力分析及模态分析等三方面入手进行研究，得到110kV输电塔在强台风荷载作用下的薄弱部位主要集中在输电塔塔身中下部。
　　第三，结合ZGU302、ZM1、ZM4这三种类型110kV输电塔在强台风荷载作用下的薄弱部位及破坏特点，分别提出了适用于各输电塔的几种加固方案，并利用ANSYS静力学分析及模态分析将多种方案进行对比，得出各输电塔的最优加固方案:ZGU302输电塔的最优加固方案为方案三:在塔身下部非交叉处添加三个横隔面，其中塔身下部添加两个横隔面，塔身中部添加一个横隔面，同时，在输电塔塔身下部抗风侧添加次级斜撑;ZM1输电塔的最优加固方案为方案四:在塔身下部第一段正面交叉处添加四个横隔面，第二段正面交叉处添加三个横隔面，横隔面形状采用新横隔面形式，同时，在输电塔塔身第一段抗风侧加次级斜撑;ZM4的最优加固方案为方案二:在塔身下部第一段交叉处添加三个横隔面，横隔面形状与塔腿横隔面形状一致。
　　第四，通过ANSYS动力学分析得到，ZGU302、ZM1、ZM4三种110kV输电塔在分别采用其最优方案进行加固后，结构最大拉应力与最大压应力在一定程度上有所降低;同时，塔身下部面外位移得到了有效的控制。
　　第五，通过输电塔加固前后屈曲系数及屈曲模态的对比得到，ZGU302、ZM1、ZM4三种110kV输电塔在分别采用其最优方案进行加固后，屈曲系数有所提高;通过输电塔加固前后非线性稳定性分析的对比得到，这三种110kV输电塔在分别采用其最优方案进行加固后，非线性稳定性有一定的提高。从稳定性角度，更确切地对各输电塔加固方案的有效性进行了验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的意义和背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 输电塔的建模

1．2．2 台风荷载作用下输电塔薄弱部位及破坏机理研究

1．2．3 输电塔抗风加固措施

1．3 本文主要研究工作

第二章 输电塔有限元分析建模

2．1 引言

2．2 输电塔在ANSYS中的建模

2．2．1 单元的选取

2．2．2 单位的统一

2．3 输电塔模型的建立

2．4 本章小结

第三章 台风作用下输电塔薄弱部位研究

3．1 台风的形成及其破坏性特征

3．1．1 台风的形成机理及其结构

3．1．2 台风对输电塔线体系的影响

3．2 角钢输电塔倒塌破坏现象实例分析

3．2．1 角钢输电塔特征

3．2．2 强台风荷载作用下角钢输电塔的破坏

3．3 110kV输电塔静力分析

3．3．1 风荷载的作用

3．3．2 110kV输电塔在台风荷载作用下的静力响应

3．4 110kV输电塔模态分析

3．4．1 模态分析

3．4．2 110kV输电塔的模态分析结果

3．5 本章小结

第四章 110kV输电塔抗风加固研究

4．1 输电塔抗风加固方案

4．1．1 ZGU302输电塔抗风加固方案

4．1．2 ZM1输电塔抗风加固方案

4．1．3 ZM4输电塔抗风加固方案

4．2 输电塔抗风加固方案探究

4．2．1 ZGU302输电塔加固方案探究

4．2．2 ZM1输电塔加固方案探究

4．2．3 ZM4输电塔加固方案探究

4．3 本章小结

第五章 输电塔加固前后动力分析及稳定性分析

5．1 输电塔加固前后动力分析

5．1．1 输电塔结构动力响应有限元分析计算方法选取

5．1．2 台风荷载时程计算

5．1．3 输电塔加固前后动力响应对比分析

5．2 输电塔加固前后稳定性分析

5．2．1 结构的失稳的定义及其分类

5．2．2 输电塔加固前后线性稳定性对比分析

5．2．3 输电塔加固前后非线性稳定性对比分析

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录