高壓輸電塔-線耦聯(lián)體系風致非線性振動研究.pdf

1、高壓輸電塔線體系的風致破壞問題一直是困擾世界各國線路工作者的難題，自首條線路投入使用以來，對該問題的研究就從未間斷，但至今仍未能真正解決。另一方面，作為重要的生命線工程，高壓輸電線路的風致破壞會給國民經濟的建設和人民生活的安定造成巨大損失，甚至會威脅到國家社會局面的穩(wěn)定性。因此，對高壓輸電線路體系的風致破壞問題進行深入研究具有重要的社會意義。本文采用有限元分析、風洞試驗、非線性振動分析相結合的方式，對高壓輸電塔線體系的風致響應做了詳細分

2、析，建立了輸電塔線耦合體系的非線性動力學分析模型，研究揭示出塔線耦聯(lián)體系風致振動的本質非線性響應特點，并給出了高壓輸電塔線體系風致破壞的理論解釋。
　　 建立了較為準確的高壓輸電塔線體系的三維有限元模型，采用基于隨機Fourier波數譜的脈動風場數值模擬技術得到輸電線路的設計風速場，同時根據現(xiàn)場觀測風速數據，對單根輸電線、單桿輸電塔及塔線體系的自振特性和風振響應進行了詳細分析。研究發(fā)現(xiàn)，對于輸電線路中的單體結構，其自振頻率之間有

3、近似1：1和近似整數倍的關系存在，在風致振動過程中，輸電線與輸電塔成為一個整體振動，風速愈大，線與塔之間的耦合振動愈強，輸電線路的風致振動是本質非線性的，強風時，輸電塔與輸電線的耦合非線性振動可使結構的動力響應顯著增加，輸電塔結構的內力增加受輸電線的影響顯著，線路的破壞是由于輸電塔塔腿受壓側主材構件的彈塑性狀態(tài)的失穩(wěn)破壞引起的，按傳統(tǒng)線性動力分析理論設計輸電塔結構時，未考慮塔架與輸電線耦合振動對塔架動力特性的影響，使得既有的輸電塔結構在

4、強風環(huán)境中偏于不安全。
　　 設計制作了高壓輸電塔線體系的氣動彈性模型，對塔線體系的風振響應進行了風洞試驗研究，觀測到了塔線體系中的輸電塔在強風時的破壞現(xiàn)象，其破壞特點與現(xiàn)場調查的高壓輸電塔的破壞較為相像。對于塔身無附加橫隔的輸電塔組成的輸電線路，在輸電塔破壞前可以看到塔身背風面構件在順風向的強烈振動，在短時間內，塔體振動部位的桿件發(fā)生破壞，最終導致輸電線路破壞。可知，強風時輸電塔破壞既有彈塑性狀態(tài)的失穩(wěn)破壞，也有輸電塔結構的氣

5、彈穩(wěn)定性破壞。試驗結果分析進一步證明，高壓輸電塔線體系在強風時的風致振動具有較強的非線性振動特性，輸電線與輸電塔之間的模態(tài)耦合作用較強；輸電線路結構設計時，需考慮非線性振動對輸電塔結構動力特性的影響。
　　 從非線性動力學入手，建立了輸電線與輸電塔的三維非線性運動方程，對輸電線的面外與面內的非線性耦合振動做了研究；根據輸電線與輸電塔的連接條件，得到了簡化的塔線體系耦合非線性動力模型，進一步研究了輸電塔與輸電線之間的非線性振動特點