大跨越输电塔线体系环境荷载与极限承载力分析

摘要

大跨越输电塔线体系可以跨越山川河谷等障碍,四回路钢管大跨越输电塔有四层横担,具有占地面积少、输送电力多的特点。由于四回路钢管大跨越输电塔塔身高度高,横担长度长,这使得塔线体系在环境荷载作用下的极限承载能力与普通塔线体系有所不同。
　　 大跨越输电塔线体系承受的环境荷载主要有风荷载、雨荷载以及覆冰荷载。本文主要研究雨荷载对输电塔的作用以及大跨越输电塔线体系在环境荷载下的极限承载能力。
　　 针对雨荷载的数值模拟,首先解决风速入口的问题:本文采用谐波叠加法,生成空旷场地的脉动风速时程,并以此作为流场模拟入口;其次要解决雨颗粒的模拟问题:利用离散相模拟雨滴,用离散涡模型模拟瞬态流场;最后求解雨滴荷载,根据冲量守恒定理,得到时间间隔为0.25s的平均雨荷载时程。结果显示:当降雨强度为709.2mm/h,风速为10m/s时,平均雨荷载与风荷载比值最大值为2.53％,出现在18m高度处;雨荷载与风荷载的比值随高度增加而减少。
　　 针对大跨越输电塔线体系的静力极限承载能力,首先建立了三跨两塔的ANSYS有限元模型;其次依据现行规范,对该模型在四个风向角荷载作用下的静力极限承载能力进行分析,得到了最不利风向角以及各个风向角荷载作用下的破坏模式和极限承载能力。研究发现:塔线体系的破坏从塔底受压侧角柱开始;若考虑弯矩对轴力的影响,输电塔底层角柱发生应力屈服的荷载将减小;塔线体系的控制风向角为45度风向角,极限荷载为2.083倍的设计荷载。
　　 为了研究塔线体系的动力极限承载能力,本文计算了塔线体系在三种风荷载工况下的时程响应。研究发现:在10m高平均风速为50m/s的动力风荷载作用下,输电塔达到极限承载能力状态,底层受压角柱最先屈服,破坏时10m高度处脉动风速为55.1m/s。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第1章 引言

1.1 概述

1.2 研究现状

1.2.1 风驱雨荷载研究现状

1.2.2 大跨越输电塔线体系极限承载力研究现状

1.3 本文主要工作

1.3.1 风驱雨荷载CFD模拟

1.3.2 输电塔塔线体系极限承载能力研究

第2章 风驱雨荷载CFD模拟

2.1 引言

2.2 风速入口模拟

2.2.1 风的概况

2.2.2 平均风速

2.2.3 脉动风速

2.2.4 风速入口模拟结果

2.3 雨模拟

2.3.1 降雨强度

2.3.2 雨滴谱密度

2.3.3 雨滴释放速度和释放面

2.3.4 雨滴运动方程

2.4 风驱雨荷载模拟

2.4.1 流场模拟参数

2.4.2 雨滴水平平均速度

2.4.3 风荷载计算

2.4.4 平均雨荷载

2.5 本章结论

第3章 大跨越输电塔线体系有限元建模

3.1 引言

3.2 非线性理论

3.2.1 几何非线性

3.2.2 材料非线性

3.3 大跨越输电塔线体系有限元模型

3.3.1 工程背景

3.3.2 输电塔建模

3.3.3 绝缘子建模

3.3.4 导线地线建模

第4章 大跨越输电塔线体系静力极限承载能力研究

4.1 输电塔梁单元极限承载能力状态

4.2 静力风荷载计算

4.2.1 塔身以及横担风荷载标准值

4.2.2 绝缘子串风荷载标准值

4.2.3 导线地线风荷载标准值

4.3 大跨越输电塔线体系静力极限承载力分析

4.3.1 0度风向角极限承载能力分析

4.3.2 45度风向角极限承载能力分析

4.3.3 60度风向角极限承载能力分析

4.3.4 90度风向角极限承载能力分析

4.4 本章结论

第5章 大跨越输电塔线体系动力极限承载力分析

5.1 引言

5.2 风荷载时程模拟

5.2.1 风速时程模拟

5.2.2 风荷载时程计算

5.3 大跨越输电塔线体系动力极限承载能力分析

5.3.1 设计风荷载作用下的时程分析

5.3.2 10m高平均风为45m/s荷载作用下时程分析

5.3.3 10m高平均风为50m/s荷载作用下时程分析

5.4 本章结论

第6章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 进一步工作展望

参考文献

作者简介