悬垂转角塔试验及受力特性分析

摘要

随着各领域日常用电负荷的增加，我国电网建设的速度逐渐加快，输电塔线作为电力系统最主要的构成部分，随着其电压等级和规模日趋大型、复杂化，输电塔结构及其动力特性的不确定性因素逐渐增多。 本文依托某直流输电线路工程，其中ZAJ151悬垂转角塔，工况条件繁多、节点构造复杂且缺乏成熟的工程经验等特点。本文铁塔采用东北院编写的TTA3.0软件进行计算，采用ANSYS软件建立梁杆混合结构进行数值模拟，对ZAJ151塔进行了真型试验，来验证计算的可靠性。 本文详细介绍了铁塔的试验方案，通过计算挑选出具有代表性的工况进行试验，将荷载转化成节点荷载，用钢丝绳施加在铁塔相应的节点上，确定位移观测点及应变观测点位置。在不同工况下，采集杆件变形、强度等的数据。 本试验塔应用的线路路径经过喀斯特地貌，地下会出现溶洞和缝隙，输电塔的基础会发生沉降、倾斜和滑移。本文通过释放铁塔塔脚节点自由度和对塔脚施加位移的方式，来模拟基础沉降现象，进而分析采用公共接腿和普通接腿方式时，塔腿内力变形的差别。 根据主材强度和稳定承载力相等的原则，推导出塔身主材的最优计算长度。 由于脉动风对铁塔的动力作用不能忽略，工程中为了方便只考虑静力风荷载，引入了风振系数的概念，本文采用Kaimal风速谱，在Matlab软件环境下编写了风速模拟程序，将风速转变为风压，得出施加在塔身上的风荷载，针对试验塔，探讨其风振系数的合理取值。 本文主要研究工作及取得成果如下： （1）通过对比实测位移、内力和理论计算值的差别，分析其产生的原因及模型的正确性，修改有限元模型中部分杆件的属性定义，使其分析结果更接近真型试验，建立了较准确的铁塔动力分析模型。 （2）通过对基础沉降的研究发现，即使单独一个塔腿发生很小的竖向位移，铁塔也会丧失稳定性。基础在不同工况沉降时，采用公共接身和普通接腿方式，塔腿杆件受力趋势相似，但公共接身方式允许的最大地基变形优于普通接腿方式。 （3）通过模态分析，推导出适合本塔型的自振周期计算公式。通过对风振系数的研究得出直流输电塔由于横担较长，所以其风振系数较规程的计算数值大，设计时应适当提高其取值。在优化塔重时正侧面可以分别取不同的风振系数进行计算。

目录

第1章 绪 论

1.1课题研究背景

1.2课题研究的目的及意义

1.3国内外研究现状

1.3.1高压输电塔国内外研究现状

1.3.2铁塔结构理论方面的研究

1.3.3铁塔结构试验方面的研究

1.4目前理论和试验研究的不足之处

1.5本文主要研究内容

1.5.1 铁塔真型试验

1.5.2 分析理论值和试验值偏差的原因

1.5.3 分析地基沉降时不同接腿方式受力的差异

1.5.4 铁塔模态分析

1.5.5 铁塔风振系数研究

第2章 试验塔的计算方法和有限元分析方法

2.1 铁塔计算方法

2.2 有限元分析方法

2.2.1 单元介绍

2.2.2 建模方法

2.2.3 非线性理论简介

2.2.4 模态分析

2.2.5 瞬态动力学分析

2.3 本章小结

第3章 铁塔真型试验

3.1 试验塔概况

3.2 试验方案

3.2.1 试验工况的选取

3.2.2 加载原则

3.2.3 加载方向

3.2.4 加载点布置及其荷载取值

3.2.5 位移测点布置及观测要求

3.2.6 应变测点布置及观测要求

3.3 铁塔试验

3.4 试验结果

3.5 100%设计荷载试验数据分析

3.5.1 位移数据分析

3.5.2 应变数据分析

3.6 超载试验数据分析

3.6.1 位移数据分析

3.6.2 应变数据分析

3.7 试验塔超载失效预测

3.7.1 位移数据分析

3.7.2 应力数据分析

3.8 本章小结

第4章 基础沉降时塔腿受力分析

4.1 分析方法

4.2 等高塔腿在塔基形变时的受力分析

4.2.1 工况a时受力分析

4.2.2 工况b时受力分析

4.2.3 工况c时受力分析

4.2.4 工况d时受力分析

4.3 不等高塔腿在塔基形变时的受力分析

4.3.1 工况a时受力分析

4.3.2 工况b时受力分析

4.4 横隔面加强后等高塔腿在塔基形变时的受力分析

（1）公共接腿

（2）普通接腿

4.5 本章小结

第5章 试验塔结构动力分析

5.1 模态分析结果

5.2 结构布置优化

5.2.1 铁塔主材最优计算长度确定

5.2.2 铁塔局部振型优化

5.3 铁塔自振周期对比

5.3.1 依据《建筑结构荷载规范》计算

5.3.2 依据文献《输电塔结构动力特性研究》计算[50]

5.3.3 依据数值模拟计算

5.4 铁塔风振系数研究

5.4.1 我国现行规范风振系数计算方法

5.4.2 风荷载数值模拟法计算风振系数

5.4.3 不同方法风振系数比较

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果及发表的学术论文

声明

致谢