江阴500kV拉线式输电塔—线体系脉动实测及非线性有限元分析

摘要

为了全面而准确的掌握体系的静、动力性质,该文将导线、避雷线、纤绳和绝缘子等视为体系的组成构件,对体系进行整体分析.静力分析上,采用零初应力的非线性杆单元模拟塔身,用具有初拉力的非线性杆单元模拟导线、避雷线、纤绳和绝缘子,生成了拉线式输电塔一线体系的精确空间力学模型,建立了显式表达的单元形式统一的静力平衡方程.并用Newton-Raphson法迭代求解了静力平衡方程.动力分析上,建立了体系自由振动及受迫振动的动力平衡方程.采用子空间迭代法求解了自由振动方程,得到了体系的频率和振形.采用了Newmark-β法求解了受迫振动方程,分别给出了线性和非线性两种格式,以及它们的适用范围.并对自然风的模拟进行了探讨,给出了数值模拟的方法.以江阴500kV拉线式输电塔为工程背景,利用环境激励对207号塔进行了现场脉动实测,并通过频域识别方法,获得了输电塔的频率、振形和阻尼比.最后该文采用以上的非线性有限元方法,通过模拟的自然风,对江阴207号塔进行了体系横向和纵向两种工况的非线性动力时程分析.将结果同等效静力的对应工况做了比较,得到相关结论.同时该文还采用上述非线性有限元法,模拟了地脉动情况下体系的振动,并和实测结果进行对比.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2输电塔—导线体系风振反应研究现状

1.3随机振动与系统识别理论研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章拉线式输电塔体系的静力分析

2.1引言

2.2桁架单元几何非线性静力方程

2.2.1位移函数

2.2.2几何关系

2.2.3平衡方程

2.3索单元几何非线性静力方程

2.3.1平衡方程

2.3.2索的找形

2.3.3荷载等效

2.4体几何非线性静力方程的建立及求解

2.5算例

2.5.1铰结双杆桁架的弹性大位移分析

2.5.2单索静力分析

2.6江阴500kV拉线式高压输电塔静力分析

2.6.1塔线体系力学计算模型

2.6.2荷载计算

2.6.3非线性静力计算结果与分析

第三章拉线式输电塔体系的动力分析

3.1引言

3.2体系自由振动

3.2.1自由振动方程的建立

3.2.2子空间迭代法求解自由振动方程

3.3体系的非线性时程分析

3.3.1体系运动方程的建立

3.3.2直接积分法求解运动方程

3.3.3阻尼矩阵的形成

3.4风荷载的模拟

3.4.1脉动风的功率谱

3.4.2脉动风模拟原理

3.4.3脉动风模拟计算实例

3.4.4模拟风荷载的计算实例

第四章江阴500kV输电塔脉动实测与模态分析

4.1引言

4.2结构参数频域识别理论

4.2.1多自由度体系结构的传递函数和频响函数

4.2.2激振方法与选择

4.2.3环境随机激励下频响函数的估计

4.2.4谱泄露和频率分辨间隔对频响函数估计的影响

4.2.5输入未知时结构模态参数的识别

4.3脉动测试实验计划

4.3.1基本假设

4.3.2实验背景

4.3.3实验目的

4.3.4实验方案

4.3.5实验参数设置

4.4实验数据

4.4.1时程曲线

4.4.2自功率谱密度

4.4.3互功率谱密度与相干函数

4.5结构模态参数识别

第五章江阴500kV高压输电塔非线性动力时程分析

5.1引言

5.2体系横向迎风的计算结果及分析

5.2.1计算结果

5.2.2结果分析

5.3体系纵向迎风的计算结果及分析

5.3.1计算结果

5.3.2结果分析

5.4地脉动模拟分析

5.4.1输入

5.4.2计算结果

5.4.3结果分析

第六章结束语

6.1本文主要内容

6.2主要结论

6.2.1实测分析

6.2.2有限元分析

6.3展望

附录

参考文献

致谢

附件