考虑SSI的输电塔-线体系动力响应与倒塌分析

摘要

随着我国经济建设的迅速发展，各行业对电力供应的需求与日俱增，《电力发展“十三五”规划》的颁布，更是对我国电力设施建设提出了更高的要求。因供电网络覆盖的广泛性，输电线路工程不可避免的需要穿越复杂的不利地形，且随着高压输电的普及，输电塔的结构形式向着更高和更复杂的方向发展。正因如此，地震导致输电塔破坏的现象时有发生，从确保人民财产安全及国家生产建设的角度出发，开展输电塔-线体系抗震性能的研究具有十分重要的意义。
　　目前，关于考虑土-结构动力相互作用(Soil-Structure Dynamic Interaction，简称“SSI”)的输电塔-线体系在地震动差动作用下动力响应和地震作用下倒塌破坏的研究甚少。本文基于显式分析方法，研究了SSI效应、地震动行波效应对结构动力响应的影响及考虑SSI效应时地震动一致输入下输电塔-线体系的倒塌破坏机理，具体内容如下:
　　(1)以某220kV输电线路工程为背景，建立了刚性基础和考虑SSI效应的输电塔及输电塔-线体系的精细化有限元模型(Transmission Tower System，简称TS;Pile-Soil-Transmission Tower Interaction System，简称PSTI)。开展了结构动力特性分析，分别研究了输电线及SSI效应对输电塔动力特性的影响;
　　(2)通过动力时程分析，得到了四种场地类型条件下考虑SSI效应的输电塔-线体系动力响应，并与刚性基础模型的计算结果对比。分析了不同场地条件下SSI效应对塔-线体系地震响应的影响;
　　(3)获得了刚性基础和考虑SSI效应的输电塔-线体系在地震动一致输入和行波输入下的动力响应。研究了行波效应对两种基础形式输电塔和输电塔-线体系地震响应的影响，以及SSI效应和行波效应之间的相互影响;
　　(4)基于考虑杆件失稳效应的材料子程序，对地震激励下考虑刚性基础和SSI效应输电单塔及输电塔-线体系模型的倒塌破坏进行了模拟，研究了地震动作用下输电单塔及输电塔-线体系的极限承载力，并分析了失效杆件类型与位置、损伤分布以及输电塔的薄弱部位。

目录

声明

摘要

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究现状

1．2．2 桩-土相互作用研究

1．2．3 输电塔-线体系的倒塌破坏研究

1．3 存在问题与本文主要研究工作

1．3．1 存在问题

1．3．2 本文研究内容

第2章 输电塔-线体系有限元模型

2．1 引言

2．2 工程概况

2．3 有限模型构建

2．3．2 桩-土相互作用有限元模型

2．3．3 考虑SSI效应的输电塔-线体系整体有限元模型

2．4 结构动力特性

2．4．1 输电单塔动力特性

2．4．2 输电塔-线体系动力特性

2．5 本章小结

第3章 考虑SSI效应的输电塔-线体系地震响应分析

3．1 引言

3．2 地震动选取

3．3 输电塔-线体系地震响应分析

3．4 本章小结

第4章 差动输入下考虑SSI效应的输电塔-线体系地震响应分析

4．1 引言

4．2 地震动选取

4．3 差动输入下输电塔-线体系地震响应分析

4．4 本章小结

第5章 考虑SSI效应对输电塔-线体系倒塌影响分析

5．1 引言

5．2 基于角钢力学性能的倒塌子程序

5．3 地震动选取

5．4 地震作用下输电塔倒塌分析

5．4．1 考虑SSI效应的输电单塔倒塌破坏研究

5．4．2 考虑SSI效应的输电塔-线体系倒塌破坏研究

5．5 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

发表论文与参与科研隋况