输电塔架预应力加固技术研究

摘要

输电塔架属高耸、柔性结构，具有较强的几何非线性特征，对风荷载非常敏感。风荷载是输电塔架的主要设计荷载。风荷载作用下输电塔架的动态倾侧失稳事故时有发生，结构破坏发生时，具有和脆性断裂相似的特点，没有明显的征兆，给人民的生命财产造成严重威胁，给国家造成巨大的经济损失。因此，研究提高输电塔架抗风承载力的加固措施有着十分重要的意义。
　　 预应力技术便是一种简单易行且行之有效的方法。采用这种加固方法能够较大幅度的提高输电塔架的承载能力，而且这种加固技术人力投入少，所需设备简单，施工工期短，经济效益明显。
　　 输电塔架的承载能力常由结构的稳定性来控制。由于输电塔架在实际工程中直接承受动力风荷载作用，研究结构在动力作用下的稳定问题更符合实际的需要。同静力稳定性相比，由于结构的动力效应以及由此导致的材料疲劳效应，输电塔架的承载能力会明显降低。因此，输电塔架的承载能力应由其动力稳定性来控制。
　　 论文首先根据风的基本特性以及输电塔架的结构几何特征，采用谐波叠加法模拟了输电塔架沿不同高度的脉动风速时程，为后续章节中输电塔架在脉动风作用下的动力响应分析创造必备的条件。
　　 基于有限元软件ANSYS强大的结构分析能力，以Beam188单元模拟了输电塔架的杆件，建立了某500kV猫头型输电塔架的空间有限元模型。采用APDL语言，进行了输电塔架的模态计算和不同水平脉动风作用下的动力响应计算。采用了结合动力响应全过程曲线的实用判别方法对该输电塔架的动力稳定性进行了分析，得出了脉动风作用下输电塔架的极限承载力。
　　 根据输电塔架的结构特性，研究能提高其整体抗风能力的预应力加固技术。在结构体侧增设高强拉索对结构进行加固，采用Link10单元对拉索进行模拟。论文综合考虑了拉索不同初应力、不同直径、不同张拉角度三个因素对加固后输电塔架极限承载力的影响。采用均匀试验设计的方法，给出了拉索初应力、拉索面积、张拉角度与输电塔架极限承载风速的关系曲线，得到了三个设计因素的合理范围及最优的加固方案，为工程实际应用提供了研究成果支撑。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 输电塔架的特点及分类

1.3 输电塔架结构体系的研究现状

1.3.1 研究现状

1.3.2 国内外研究的不足

1.4 预应力加固钢结构的研究现状

1.4.1 预应力加固钢结构的特点和分类

1.4.2 预应力加固钢结构的发展和应用

1.4.3 预应力加固钢结构的研究现状

1.5 本论文的主要研究工作

第2章 风荷载的基本特性及模拟

2.1 风的基本特性

2.1.1 平均风的描述

2.1.2 脉动风的描述

2.2 风对结构的作用

2.3 脉动风荷载的模拟

2.3.1 风荷载模拟方法

2.3.2 脉动风荷载的模拟

2.4 本章小结

第3章 输电塔架的风致动力稳定性分析

3.1 引言

3.2 基本理论

3.2.1 模态分析

3.2.2 运动微分方程的求解

3.2.3 结构动力稳定性的判别

3.3 输电塔架有限元模型的建立

3.4 输电塔架的动力特性分析

3.5 输电塔架的动力稳定性分析

3.6 本章小结

第4章 输电塔架预应力加固技术研究

4.1 引言

4.2 拉索布置

4.3 输电塔架预应力加固方案设计

4.3.1 均匀试验设计理论

4.3.2 加固方案设计

4.4 预应力加固输电塔架的极限承载力计算

4.4.1 加固后结构的动力特性分析

4.4.2 加固后结构的动力稳定性分析

4.4.3 计算结果

4.5 预应力加固输电塔架的计算结果分析

4.5.1 回归分析

4.5.2 因素分析

4.5.3 最优加固方案

4.6 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

致 谢