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大跨越输电塔线体系静动力研究

吴静  
【摘要】:输电塔是一种重要的高耸结构,我国从上个世纪中已经开始了发展建设。目前,随着电网的不断升级,输电塔结构正逐渐朝着高耸、大跨及特高压的方向快速发展。本文的工程背景为刚刚建成的、坐落在广东江门的500kV台香线崖门大跨越输电塔,跨越档距1425a,两岸跨越塔高度达到215.5m,由本课题组承担全部的设计及节点承载试验工作。 本文首先基于非线性有限元理论,建立了多种空间非线性有限元模型,考虑了输电塔与输电线的耦合作用及绝缘子、电梯井道等的影响,并以自重及输电线初始应力作用下的非线性静力计算结果作为初始态,来分析对比跨越单塔、塔线体系(两塔三段线及四塔三段线)以及输电线各自的动力特性及相互影响。此外,还讨论了大跨越塔的局部变形问题以及隔面设置对局部变形的影响。 然后运用谐波合成法将脉动风荷载模拟为空间相关的多维随机过程,得到崖门大跨越输电塔线体系的风荷载时程样本,进而对多个跨越单塔模型及大跨越塔线体系模型进行风振响应时程计算,并考察各模型的位移、速度、加速度响应及频谱特性。此外,介绍了输电塔风振系数的理论计算方法及我国现行规范的相关要求,着重计算了按照《建筑结构荷载规范》、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》及《高耸结构规范》的要求得到的崖门大跨越输电塔风振系数,并根据前文的崖门大跨越风振响应时程计算结果得到了六种跨越单塔及塔线体系模型的风振系数,通过九种数据的对比得到了大跨越输电塔线体系风振系数的变化规律,并从塔身主材内力角度也进行了验证。 接下来,通过崖门大跨越输电塔的管节点静力加载试验,检验了30am厚Q345B的直缝钢管在加工过程及承载状态下的受力性能,并将六种管节点形式的试验数据与有限元分析结果进行对照,验证了该大跨越输电塔管节点设计的可靠性,也证明了有限元分析方法的实用性。 最后着重研究了管节点的插板连接,从支管偏心距、节点板尺寸、主管径厚比、主支管轴线夹角及主管轴力等参数入手,结合前文插板连接管节点的试验数据,建立了不同变化参数的有限元分析模型并进行了相应计算,通过对照不同变化参数的应力云图、位移曲线、始屈荷载以及极限承载力等数据,得到了不同参数在实际工程应用中的有益结论。


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