在役输电塔-线耦合体系冰-风荷载作用下加固技术研究

摘要

高压输电线路是重要的生命线工程，输电线路覆冰一直是国内外电力系统严重的自然灾害之一。在输电线路覆冰灾害中，倒塔对正常运行的影响最大，恢复重建也最为困难，一旦发生倒塔，通常的作法是更换输电塔，但是，这种方法实施起来难度大、费用高、造成的长时间停电。随着全球气候变暖，持续低温、雨雪、冰冻灾害性天气出现的概率将会增长。因此，防患于未然，针对在役输电线路（尤其对已发生事故或易发生事故的线路）进行承载力评估，准确分析计算塔-线体系中输电塔的受力情况，及时发现存在的安全隐患，并进行针对性的加固，是提升输电塔-线耦合体系抗倒塌能力的有效措施，以较小的成本，带来输电线路整体抗冰灾能力的提升，将会产生显著的经济效益和社会效益。
　　本文以湖南地区某冰灾实际破坏线路为研究对象，利用有限元软件ANSYS建立了输电塔-线耦合体系有限元模型，采用组合截面的方法对体系进行加固并验证加固效果，本文主要工作和结论如下：
　　1.总结了目前国内外关于输电塔-线体系有限元建模、覆冰模拟和加固方法以及风振模拟、风振响应及控制的研究成果。
　　2.对输电塔-线体系冰、风荷载共同作用的模拟方法进行了研究，确定了荷载加载方法。通过对塔线体系模型逐步加载，确定了未加固体系的极限覆冰厚度。
　　3.通过对输电塔线体系稳定性和杆件应力的分析，采用组合截面的方法针对性的对薄弱杆件进行加固，共对体系进行了3次加固，通过加固改造，体系的整体极限覆冰厚度有了较大的提升，由23mm提升至38mm，比未加固时总体提升了62.5％。分析过程中还发现，只考虑体系杆件强度是不全面的，还需要进行整体稳定性校核。
　　4.运用MATLAB，采用线性滤波法中的自然回归模型进行了风荷载的模拟，并采用时域法对之前加固过的输电塔-线体系进行了风振响应分析，着重对输电塔顶位移和底部轴力进行了计算，计算结果符合刚度安全界限与强度安全界限，表明经过加固后的体系在设计风速为30m/s的作用下运行的稳定性较好。
　　5.针对在塔-线体系风振时程分析中塔顶位移和塔底轴力较大的34号塔，采用安装4组粘滞阻尼器进行振动控制分析。结果表明：在安装粘滞阻尼器后，脉动风振动控制效果约为60%，控制效果明显，可大幅提升输电塔-线体系在风荷载作用下的运行稳定性。

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第一章 绪论

1.1 概述

1.2 输电塔-线耦合体系相关概念

1.3 国内外相关课题研究的现状及分析

1.4 本文研究的主要内容

第二章 输电塔-线耦合体系有限元建模

2.1 概述

2.2 塔线体系单元特征

2.3输电导线的找形

2.4塔-线体系模型建立

2.4本章小结

第三章 输电塔-线耦合体系冰-风荷载承载行为及加固效果研究

3.1概述

3.2 覆冰荷载模拟

3.3冰-风荷载下输电塔-线体系极限承载行为模拟

3.4输电塔线体系冰-风荷载下加固研究

3.5本章小结

第四章 输电塔-线耦合体系风振响应分析

4.1概述

4.2结构风荷载

4.3风荷载模拟

4.4输电塔线体系风振响应分析

4.5本章小结

第五章 输电塔-线耦合体系风振控制研究

5.1结构振动控制基本理论

5.2减振元件在ANSYS中的模拟

5.3振动控制效果评价

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

个人简历在读期间发表的学术论文

致谢

参考文献