多回路超高输电铁塔结构设计安全性研究

摘要

铁塔结构是架空高压输电线路的重要支撑部分。随着电压等级持续提高，铁塔高度不断增加；随着输电容量的增加以及冰雹台风等自然灾害的侵袭，输电塔承载能力的要求也在不断提高，这给输电塔的结构设计提出许多新的挑战。常规设计方法和已有的经验是否满足要求已成为困惑设计者的难题，因此，超高、大承载能力铁塔结构的安全可靠性及经济合理的设计愈加成为研究的焦点。
　　论文研究的750kV/330kV混压同塔四回路超高输电塔在国内尚属首次应用，其在结构方面无经验可循。以往对电压等级较低、高度较低的输电塔采用自立式铁塔内力分析软件(ITG) Version2.0(以下简称TTA程序)进行分析，满足规范和精度要求。然而，TTA程序只能用于自立式的线性空间桁架结构，并未考虑大位移(几何非线性)，所以它不具备非线性分析功能。而塔体主材各节截面尺寸大，且通过刚性法兰连接，其受力形式复杂，由弯矩传递致的次应力所带来的不利影响不容忽视；轴力值为杆件选材的唯一标准，其精确性与适用性有待商榷，有必要采用能够考虑复杂应力的有限元方法进行分析。
　　根据已有研究和设计资料，对输电塔架的结构进行了全面的理论分析，系统地研究了塔架结构的受力性能。采用有限元方法建立三维梁单元模型和梁杆混合模型，结合结构大变形理论探讨多回路超高输电塔变形受力特点及结构的安全性问题。西安南郊同塔750kv/330kv四回路超高输电塔结构的分析结果表明：TTA程序设计的西安南郊超高输电塔结构，在大变形分析下的影响不显著，采用较简单的小变形线弹性分析可以满足设计规范要求；采用TTA程序分析设计的超高输电塔结构，其刚度和强度亦可满足工程要求，程序的适用性可以保证，但ANSYS分析的塔体结构最大应力结果要略大于TTA程序，尤其在近塔腿主材位置，应该受到工程设计的注意。同时，对结构中的法兰节点的变形与受力性能，也进行了初步研究并作了相应优化处理。

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1 绪论

1.1课题背景与来源

1.2国内外研究进展

1.3研究现状不足之处

1.4本文主要研究内容

2 输电塔设计原则及分析理论

2.1输电杆塔设计原则

2.2输电杆塔结构基本规定

2.3输电杆塔荷载

2.4空间梁单元理论

2.5大变形有限元理论

2.6非线性有限元方程的解法

2.7稳定性分析

2.8本章小结

3 多回路超高输电塔有限元分析

3.1有限元分析软件ANSYS简介

3.2 ANSYS分析的基本过程

3.3工程概况

3.4有限元几何建模

3.5荷载工况

3.6加载方法

3.7直线塔有限元分析结果

3.8转角塔有限元分析结果

3.9本章小结

4 TTA程序适用性研究

4.1 TTA程序简介

4.2平面节点问题

4.3内力分析

4.4塔腿法兰节点分析

4.5本章小结

5 结论与展望

5.1主要结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录