輸電塔線體系環(huán)境荷載致振響應研究.pdf

1、輸電塔線體系作為高壓電能輸送的載體，是重要的生命線工程。這種結構體系具有桿塔高聳、跨度大且跨越地形綿延起伏，結構整體柔度隨桿塔高度增加而非線性的增加，輸電塔與輸電線在不同量級的動力特性條件下藕聯(lián)工作。在風雨以及導線覆冰等隨機環(huán)境荷載作用下，動力響應形態(tài)復雜，敏感性強，具有高度的不確定性。環(huán)境荷載作用是輸電塔線體系災害性事故頻繁發(fā)生的主要原因。 根據環(huán)境荷載和結構體系的特征，在考慮風荷載梯度剖面分布，湍流脈動方向性、湍流強度和功率

2、譜密度的基礎上，分別采用時間序列法和諧波疊加法建立了適合輸電塔線體系的風場簡化模擬方法，有效地將三維風場分解為一維風場；結合積雨云形成和降雨的規(guī)律，按降雨量的大小確定降雨的速度規(guī)律，通過動量定理和牛頓第二定律，初步建立了雨對結構作用的荷載模型；針對風與降雨隨機性同步發(fā)生的特點，提出了風單獨作用以及風雨共同作用的荷載組合原則，為輸電塔線體系在脈動風場作用下的數值分析創(chuàng)造荷載輸入條件。 針對輸電塔線體系各組成部分的結構構成，提出了桿

3、塔、絕緣子、輸電線及邊界條件的有限元建模原則與方法；確定了輸電塔線體系風雨致振動響應時域分析的參數及過程方法；結合典型的環(huán)境荷載破壞實例，從單塔到塔線體系，從風荷載單獨作用到風雨共同作用等不同角度全面分析了輸電塔線體系的動力響應規(guī)律。分析表明：輸電塔與導線的動力特性不在同一數量級，單純地進行比較無實際意義，而應主要分析導 (地) 線對輸電塔結構動力響應的貢獻程度；輸電塔線體系的災害性破壞多屬于環(huán)境荷載超負荷引起的局部動態(tài)壓彎失穩(wěn)破壞，結

4、構設計應根據環(huán)境荷載的地域特征，對定型塔進行結構局部適當加強處理。 在頻域分析的基礎上，就環(huán)境荷載作用的輸電塔順風向響應，對基于彎矩、剪力和位移的準靜態(tài)陣風荷載因子法進行了拓展和修正，解決了荷載組合、響應分量和響應因子的計算方法等問題，初步建立了環(huán)境荷載作用下輸電塔的陣風響應因子法；考慮降雨作用，在陣風響應因子法中賦予響應分量以新的內涵，使分析方法的荷載范圍得到外延：針對輸電塔空間動力響應特征，初步探討了三維陣風響應因子法的準靜

5、態(tài)設計理論架構與應用方法；采用輸電塔實測數據分析，驗證陣風響應因子法的可靠性和有效性，分析了與方法相關的敏感性影響因素。 針對輸電線路回路布設形式和線體在寒冷氣候條件下覆冰截面呈鈍體截面的特征，分析了輸電線橫風振動的類型和發(fā)生機理；考慮輸電線路的垂度效應，推導了不同線形條件下導線橫風弛振失穩(wěn)的判別準則；采用有限元方法，分別建立了分裂式導線弛振分析的雜交模型和有限元模型，并根據運動方程的特征值性質討論了導線弛振失穩(wěn)的判別方法；結合

6、具體分裂導線布線方式的弛振分析，初步揭示了輸電線的力學特征、風場的湍流等因素對弛振的影響規(guī)律以及分裂導線弛振運動跡線的類型和運動規(guī)律。在系統(tǒng)分析輸電塔在環(huán)境荷載作用下疲勞損傷發(fā)生、發(fā)展的原因和破壞機理的前提下，根據累積疲勞損傷理論與輸電塔環(huán)境荷載效應的概率分布特性，建立了基于疲勞損傷的輸電塔使用壽命評價方法，分析了結構疲勞使用壽命的影響因素；以輸電塔疲勞損傷和設計使用壽命為控制條件，建立了以“一次二階矩法”和“完全分布法”為理論基礎的疲