塔身结构为三角形的高压输电塔静动力分析

摘要

随着国家电力系统的快速发展，送电线路的增加，就会有越来越多的输电铁塔投入运营，铁塔的用钢量也随之增大。相对于塔身断面为矩形的铁塔，断面为三角形铁塔具有挡风阻力小、塔基占地面积小、塔身平面稳定等显著的优点。目前对三肢腿主材为角钢铁塔的研究国内外都很少，最常见的是小型三角形钢管通信塔，所以对于断面为三角形角钢铁塔的研究是一项具有理论创新又有工程实用价值的课题。　　本文以空间梁结构有限元方法为理论依据，通过相关的规范资料将常规的500kV高压输电塔塔身为矩形结构改造为塔身为三角形结构。建立塔身结构为三角形断面的新型输电塔模型，同时在相同高度相同根开下建立塔身为四边形断面的输电铁塔模型。采用Spas-CAD软件建模，ANSYS有限元软件的命令流与GUI操作相结合进行分析计算。选取了最大风速30m/s和0°、45°、60°、90°方向的风荷载、导线断线荷载、20mm履冰覆盖导（地）线荷载、直线型自立式塔安装导线双倍吊线安装荷载，七种荷载组合工况。通过两种结构的静力分析比较，得出垂直导线方向时，三角形塔身结构档风面积小，在两种结构的最大位移值相同时，得到四边形塔身结构用钢量比三角形塔身结构用钢量多至少8%。随后以静力分析的模型为基础，继而对两种结构模型进行动力响应分析。首先对结构进行模态分析得到结构的薄弱部位进行讨论，薄弱部位多为局部位置、塔身斜材以及辅材。同时选取了EL Centro地震波对结构进行时程分析，得到两种结构在地震反应谱下的位移变化以及应力值。

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Abstract

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 格构柱等边角钢的研究现状

1.2.2 输电塔的风荷载响应研究

1.2.3 输电塔的履冰荷载、不平衡张力研究

1.2.4 输电塔的动力响应研究

1.3 本文主要研究内容

第二章 输电塔塔型的确定

2.1 输电塔结构简介

2.2 输电塔外型的确定

2.3 输电塔塔身主材的确定

2.4 输电塔60°角钢轴心受压长细比的公式及规定

2.5 输电塔角钢宽厚比

2.6 输电塔塔身斜材的确定

2.7 输电塔塔身横隔的确定

2.8 三角形塔身输电塔与四边形塔身输电塔平面图

2.9 有限元软件简介

2.10 输电塔钢筋材料

2.11 本章小结

第三章 三角形结构与四边形结构的静力分析及对比

3.1 输电塔设计荷载

3.2 七种组合工况

3.2.1 选择组合气象条件的要求

3.2.2 线路正常运行时气象组合

3.3 输电塔风荷载

3.3.1 导线风荷载

3.4 履冰荷载

风压高度变化系数

3.5 断线张力

3.6 安装荷载

3.7 有限元模型的建立

3.8 两种结构的静力分析

3.8.1 工况1～工况4，风荷载

3.8.2 工况5，履冰荷载

3.8.3 工况6，断线荷载

3.8.4 工况7，杆塔安装荷载（双倍吊线）

3.9 本章小结：

第四章 输电塔动力分析

4.1 输电塔模态分析

4.2 三角形塔身结构的地震响应分析

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献