覆冰荷载下500kV输电塔架的力学性能研究

摘要

近年来,我国南方地区的冰冻灾害频发,使输电线路严重破坏,给经济发展造成了不可估量的损失。为降低冰冻灾害下输电塔发生倒塌的概率,保障输电线路的畅通运行,研究覆冰荷载下输电塔及输电塔-线体系的力学性能具有重要的意义。
　　本文以500kV线路DFZ1猫头型直线塔为研究对象,采用等效密度法来模拟覆冰荷载,通过建立输电塔和“双塔三线”输电塔-线体系的有限元分析模型,研究了不同覆冰厚度、不同工况下输电塔的静力性能及其动力特性的变化情况,并通过考虑几何初始缺陷和材料非线性,得到了覆冰荷载对其承载能力的影响规律;分析了不同覆冰厚度、不同工况下输电塔-线体系的静力性能,并对相同档距与不同档距、同高程与不同高程的输电塔-线体系的受力特征进行了对比。
　　结果表明:随着覆冰厚度的增加,输电塔杆件的应力呈增大趋势,而塔顶位移则随之减小;输电塔在承受无偏心荷载时的屈服荷载最大,在承受偏心荷载且扭转变形较小时的屈服荷载次之,承受扭转荷载时的屈服荷载最小;输电塔的频率及第一阶阵型的控制点的数值随覆冰荷载的增加而减小,频率的最大降幅达到32.6％;覆冰厚度的增加会导致输电塔的破坏形式由整体破坏转变为局部破坏,破坏位置由塔腿位置逐渐上移至导地线悬挂点位置,覆冰输电塔的屈服荷载亦随之有不同程度的降低,最大降幅达22.7％;输电塔的抗扭能力随覆冰厚度的增加而提高。在输电塔-线体系中,在相同档距内出现导地线覆冰增加时,输电塔发生向靠近重冰档一侧的弯曲变形,且应力增长较快,远离一侧的应力增长较慢;在不同档距中出现导地线覆冰增加时,与档距相同的输电塔架相比,档距不同覆冰输电塔的应力和弯曲变形更大;在不同高程内,当低高程导地线覆冰荷载增大时,输电塔的应力增长大于同高程输电塔的应力的增长;当中间高程导地线覆冰荷载增大时,输电塔的应力增长与塔顶位移均大于同高程的增长。
　　本文研究成果可为覆冰下输电塔架的可靠性研究提供理论依据,为输电塔设计规范的修订提供一定的理论支撑。

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摘要

Abstract

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1绪论

1.1研究背景

1.2输电塔体系简介

1.3覆冰输电塔-线体系倒塌原因分析

1.4国内外研究现状

1.5国内外存在的不足与本文的研究意义

1.6本文研究内容

2输电塔架有限元模型的建立

2.1有限元理论及ANSYS简介

2.2输电塔模型的选取

2.3本章小结

3.输电塔架结构静力计算和动力特性分析

3.1有限元模型的建立

3.2输电塔架荷载的确定

3.3输电塔结构的静力性能分析

3.4输电塔结构的动力特性分析

3.5本章小结

4 输电塔架结构极限承载力研究

4.1有限元分析模型的建立

4.2无覆冰输电塔结构的极限承载力分析

4.3覆冰荷载下输电塔架结构的极限承载力分析

4.4覆冰荷载对输电塔架抗扭性能的影响分析

4.5不同工况覆冰输电塔架的安全系数分析

4.6本章小结

5 覆冰下输电塔-线体系力学性能分析

5.1输电塔-线体系分析模型的建立

5.2不均匀覆冰的模拟

5.3不均匀覆冰输电塔-线体系的受力性能分析

5.4本章小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢