大跨越输电塔线体系动力特性及风振响应分析

摘要

输电塔是一种工程数量巨大而且很重要的高耸结构.作为重要生命线工程的电力设施,输电线系统的破坏会导致供电系统的瘫痪,这不仅严重地影响人们的生产建设、生活秩序,而且可能会引发火灾等次生灾害,给社会和人民生命财产造成严重的后果.在建的江阴长江500kV大跨越输电塔线体系,跨越塔高346.5m,过江段跨度2300m,创下了输电塔高度和跨度两项世界之最.该文以此为工程背景,对它的动力特性和风振响应进行了研究,得到了一些对实际工程抗风设计具有参考意义的结论.主要工作包括:针对大跨越输电塔线体系,建立了一个精确的索-杆空间非线性有限元模型,在计算中考虑了塔-线-绝缘子之间的耦合作用,使整个模型与实际情况更符合.并以在自重和输电线初始内力作用下非线性静力分析的结果作为初始态,对整个体系进行了模态分析和风振响应的时程分析.通过模态分析得到大跨越输电塔线体系的频率和振型等动力特性,并通过与单塔、单根导线、塔线无绝缘子等多种情形的结果相比较,分析了体系中输电塔、绝缘子、输电线三者之间的相互影响.然后采用时程分析方法,计算整个大跨越输电塔线体系在模拟的风荷载作用下的风振响应及其频谱特性.最后,在同济大学土木工程国家重点实验室风工程馆TJ-3边界层风洞进行了大跨越输电塔线体系模型风洞试验,分别测试了单塔和塔线体系模型的自振特性以及在均匀流场和紊流场中的风振响应,并将试验结果与理论计算结果进行了相互比较验证.同时还试验了多种振动控制方案,测试了在均匀流场和紊流场中对模型风振响应的控制效果,验证了在大跨越输电塔线体系中采用TMD振动控制的可行性与有效性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2工程背景

1.3文献综述

1.3.1索结构研究概况

1.3.2导线的振动研究概况

1.3.3输电塔线体系动力响应研究现状

1.4本文研究内容

第二章风荷载及风荷载的模拟

2.1引言

2.2随机风荷载的描述

2.3风及风荷载的表达

2.3.1风的描述

2.3.2风荷载的表达

2.4脉动风荷载的模拟

2.5脉动风模拟实例

第三章大跨越输电塔线体系动力特性研究

3.1引言

3.2索元的非线性静力分析

3.2.1索的找形

3.2.2基本假定与计算简图

3.2.3索元的单元刚度方程

3.3桁元的非线性静力平衡方程

3.3.1基本假定与计算简图

3.3.2桁元的单元刚度方程

3.4体系的非线性静力平衡方程及求解

3.5体系的自由振动方程及频率、振型的求解

3.6江阴大跨越动力特性分析

3.6.1大跨越输电塔线体系力学计算模型

3.6.2其他对比计算模型

3.6.3非线性静力计算结果与分析

3.6.4动力特性计算结果与分析

3.7本章小结

第四章大跨越输电塔线体系风振响应时程分析

4.1风振响应分析方法

4.1.1时域风振响应分析

4.1.2非比例阻尼矩阵的形成

4.2江阴大跨越风振响应时程分析

4.2.1时程计算结果与分析

4.2.2顺风向风振系数计算

4.3本章小结

第五章大跨越输电塔线体系风洞试验研究

5.1风洞模型试验的方法及相似理论

5.1.1风洞模型试验的方法

5.1.2模型设计的相似理论

5.2风振控制原理

5.3谱参数

5.4模型设计

5.4.1相似常数的确定

5.4.2模型设计

5.4.3振动控制装置及控制方案设计

5.5紊流风场模拟

5.5.1实验设备

5.5.2风场模拟装置及其调试方法

5.6测量系统及测点布置

5.6.1试验测量系统

5.6.2测点布置

5.6.3试验工况

5.7试验结果及分析

5.7.1单塔和塔线体系自振特性测试结果

5.7.2单塔在均匀流场和紊流场中的测试结果

5.7.4塔线体系的顺风向风效应系数计算

5.7.5三种控制方案下自振特性测试结果

5.7.6模型风振控制紊流场中测试结果

5.8本章小结

第六章结束语

参考文献

致谢