大跨越输电塔在线路断线作用下的动力响应

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基于显示积分法的大跨越输电高塔风致振动响应研究

ＴｏｒＢｙＩｐｏｅｐｉｉＩｔｇａｉｎＭｅｈｄｗｅｍｒｖｄＥｘｌｔｎｅｒｔｏｔｏｃＦＮＢｎａＰＮＦ，ＥＹｎ，ＩＧＹｅｎＳＮＢｎａＥＧｉ，ｅＹｉＸＮｕｌｆ，ＵｉｎｇＡｏｎ
冯炳，潘峰，叶尹，月龙，炳楠邢孙２
（１浙江省电力设计院，州３０１；．江大学土木工程学系，州３０２）．杭１０２２浙杭１０７
摘
要：电塔属于风敏感结构，与结构的相互作用十分复杂，荷载常常是设计的主要控制荷载。输风风
Ｈａｇｈｕ，１０７，ｈｎ）ｎｚｏ３０２Ｃｉａ
ＡｂｔａｔＷｉｈｏｌｘｉｔｒｃｉｎｂｔｅｎｗｉｄａｄｓｒｃｕｅｔｎｍｉｓｎｔｗｒｂｌｎｓｔｉｄｓｎｉｖｔｃｓｒｃ：ｔｔｅｃｍｐｅｎｅａｔｅｗｅｎｎｔｕｔｒ，ｒｓｓｉｏｅｅｏｇｏｗｎ－ｅｓｔｅｓｒ・ｈｏａｏｉｕｔｒｓａｄｔｅｗｉｄｌａｅｏｓｔｅｍａｎｐｏｌｍｆｔｅｓｒｃｕｅｄｓｇ．ｓｄｏｈｎｉｅｒｇｂｃｇｏｎｆａｕｅｎｈｎｏｄｂｃｍｅｈｉｒｂｅｏｈｔｔｒｅｉｎＢａｅｎｔｅｅｇｎｅｎａｋｒｕｄｏｕｉ１５ｍｉｈ５０ｋｒｎｍｉｓｏｏｅ，ｒｃｓｎｔｌｍｅｔｍｏｅａｓａｌｈｄａｄｔｅｖｂａｉｎｃａａｔｒｔｓｏｈｇ０Ｖｔｓｓｉｎｔｗｒａｐｅｉｅｆｉｅｅｎｄｌｗｓｅｔｂｉｅｎｈｉｒｔｈｒｃｅｓｉｆ８ａｉｅｓｏｉｃｓｒｃｕｅｈｖｅｎｏｔｉｅ．ｈｉｉｏｙｏｕｔａｉｇｗｉｄｌａｓａｃｒｔｌｉｌｔｄｂｏｓｄｒｇｔｅｓａｔｕｔｒａｅｂｅｂａｎｄＴｅｔｍｅｈｓｒｆｃｕｔｎｏｄｗａｃｕａｅｙｓｍｕａｅｙｃｎｉｅｎｈｐ — ｔｌｆｎｉｔｌｃｒｅａｉｎｏｉｌｎｐｃｒｍ．ｉｈｄａｔｇｓｏｒｖｄｅｐｉｉｉｔｇａｉｎｍｅｈｄ，ｈｎ — ｎｕｅｉｏｒｌｔｆＫａｍａｄｓｅｔａｏｗｉｕＷｔｔｅａｖｎａｅｆｉｏｅｘｌｔｎｅｒｔｔｏｔｅｗｉｄｉｄｃｄｈｍｐｃｏｖｂａｉｎｒｓｏｓｓｏｒｎｍｉｓｏｏｒｗｅｅｏｔｉｅｎｔｅｔｏｉ．Ｔｅｃａａｔｒｔｓｏａｉｐａｅｎ、ｉｒｔｅｐｎｅｆｔａｓｓｉｎｔｗｅｒｂａｎｄｉｈｉｄｍａｎｈｈｒｃｅｓｉｆＭｃｎｄｓｌｃｍｅｔｏｍｅｉｃＲｉｌｃｍｅｔａｄＲｍｓａｃｌｒｔｎａｉｅｅｔｌｙｒｏａｓｓｉｎｔｗｅａｅｂｅｎｌｚｄｉｅｌｄｍｓｄｓａｅｎｎｐｃｅｅａｉｔｆｒｎａｅｆｔｎｍｉｓｏｒｈｖｅｎａａｙｅｎａｄｍｉ．Ｍｅｎｏｄｉｒｏｅａ— ｗｈｌ．ｈｎ — ｎｕｅｉｒｔｎｃｅｉｎｔｉｅｅｔｌｙｒｏａｓｓｉｎｔｗｅｒｌｏｓｕｉｄａｄｃｍｐｒｄ，ｅｉｔｅｗｉｄｉｄｃｄｖｂａｉｏｍｃｅｔｆｒｎａｅｆｒｎｍｉｓｏｏｒｗｅｅａｓｔｄｅｎｏａｅｒ — ｅｏａｄｉｔ

输电塔塔线体系风振响应分析

随着社会经济的发展，电力的需求大大增加，对电
力工业也得到了迅速发展，年来，造了大量的输电近建塔。输电塔结构具有轻质、柔、阻尼的特性，高小自振频率低，此对风荷载的作用比较敏感，强风作用因在
（）导线：Ｇ１ＬＪ一６０５，３／自重２０ｇｍ，径．６ｋ／外
图１输电塔线体系ＡＳＳ模型ＮＹ
Ｆｇ１ＡＮＹＳｍｏｅｏａｓｓｉｎｔｗｒｌｅｓｓｅｉ．Ｓｄｌｆｒｎｍｉｓｏｅ —ｉｙｔｍｔｏｎ
振
第３０卷第７期
动
与
冲
击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡ￣ＯＮＡＮＤＨＯＣＫＳ
输电塔塔线体系风振响应分析
谢华平，何敏娟
（．湘潭大学土木工程与力学学院，１湘潭４１０；．同济大学建筑工程系，１１５２上海２０９）００２
月“ 娜 ”台风在浙江登陆，坏的输电线路达到云损３３２ｋ２０４ｍ；０５年４月，于江苏盯胎的同塔双回路位
Ｄｖｎｏ、ｏｅ等学者Ｉ对频域分析方法进行了ａｅｐｒＨｌｓｔｍ９研究，郭勇、孙炳楠等。。用频域方法分析了大跨越输电
ｗｉｈｕｈｓｏｄｓｗｅｅａａｙｅｔｏｔｔｏｅｌａｒｒｎ；ｔａｓｓｉｎｔｗｅ－ｎｙｔｍ；ｄｎｍｉｃａａｔｒｔｓｙｗｏｄ：ｉｄｅｇｎｅｇｒｎｍｉｓｏｒｌｅｓｓｅｉｏｉｙａｃｈｒｃｅｉｉ；ｗｉｄｉｄｃｄｒｓｏｓｓｅｎ — ｕｅｅｐｎｅｎ

海风环境大跨越铁塔风致响应

表1
大跨越塔塔前六阶频率
模
两层横担模型
三层横担模型
备注
备注
态频率 /Hz 周期 /s
频率 /Hz 周期 /s
1 0. 875 1. 142 X 一阶弯 0. 851 1. 175 Y 一阶弯
2
0. 88
1. 137 Y 一阶弯 0. 854 1. 171 X 一阶弯
3 1. 439 0. 695 Z 一阶扭 1. 849 0. 541 Y 二阶弯
（ 3）
式中，M（ z）为结构 z 高度的集中质量； μs （ z）为结构的 z
高度的体型系数； μz （ z）为 z 高度的风高度系数； σy1 （ z）为结构 z 高度的位移均方根值； ω0 = V210 /1600 为基本风压； A（ z）
为 z 高度的计算面积； g 为峰值因子，本文取 2. 2。
【关键词】输电塔；时程分析；风致响应；风振系数
【中图分类号】 TU311
【文献标识码】 B
【文章编号】 1001 － 6864（ 2012） 12 － 0074 － 03
大跨越输电塔是集高耸结构和空间杆系结构两种特征于一体的风敏感结构体系。风荷载是其主要控制荷载。目前，国内规范针对大跨越高塔的风振系数在相关设计规范中还未有详尽展开。这使得在设计大跨越输电高塔时需有足够的工程经验。DL / T 5154 － 2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》［1］作为输电塔设计主要参考规定，要求当杆塔全高超过 60m 时，杆塔风振系数应按 GB 50009 － 2001 《建筑结构荷载规范》［2］采用由下到上逐段增大的数值。而荷载规范中关于风振系数的计算公式适用于结构外形和质量沿高度分布均匀或规则变化的高层建筑或高耸结构，大跨越输电高塔由于横担的存在使得全塔质量和受风面积分布在此处有所变化，因此设计时无法简单套用规范。

大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制

５５４４３３ｇ、避恒２２ｌｌ
∞ 如∞如∞如∞如∞如０－２４００－１８００．１２００－６０００６００１２００１８００２４００
水平档距／ｍ圈３塔顶位移影响线Ｆｉｇ．３ＩｎｆｌｕｅｎｃｅＩｉｎｅｏｆｔｏｗｅｒ
７００
６００
５００
董４００
摧３００
２００
ｌｏｏ
０－２４００．１８００．１２００一６００
图２悬吊摆系统Ｆｉｇ．２Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｍａｓｓｐｅｎｄｕｌｕｍｓｙｓｔｅｍ
悬吊摆系统的运动方程为：
Ｍｐ二ｃ（ｔ）十Ｃｐ主（￡）＋Ｋｐｚ（￡）＝Ｐ（ｔ）
（４）
式中：Ｃ口是悬吊摆系统的阻尼阵，应包含塔线体系的
结构阻尼和气动阻尼，体系的气动阻尼可以根据单位
周期内悬吊摆系统能量的耗散率进行计算［７］。Ｍｐ、Ｋ
第２７卷第３期２００９年０６月
空气动力学学报ＡＣＴＡＡＥＲＯＤＹＮＡＭＩＣＡＳＩＮＩＣＡ
文章编号：０２５８—１８２５（２００９｝０３—０２８８—０８
Ｖ０１．２７．Ｎｏ．３Ｊｕｒｌ．，２００９
大跨越输电塔线体系风振响应频域分析及风振控制
郭勇１，孙炳楠２”，叶尹１，楼文娟２，沈国辉２
（１．浙江省电力设计院，浙江杭州３１００１４；２．浙江大学．浙江杭州３１００２７，３．浙江大学宁波理工学院，浙江宁波３１５１００）
定义顺导线向为ｚ向，垂直导线向为ｙ向，大跨越工程整体为三跨四基塔结构。建立塔线体系的力学模型时，两端耐张塔可视为固定端，跨越塔、悬挂绝缘子和输电线分别采用动力等效的梁单元、空间杆单元与悬链线索单元Ｄ３进行模拟。全部塔线体系的空间有限元模型共有１８２个单元、１８１个节点，其中每

大跨越输电塔-线体系的平面内塔-线耦合效应与TMD减震控制研究

容易发生振动疲劳损伤和极端条件下的动态倒塌破坏。表１中给出了１９］９９年台湾集集地震中输电线
路的破坏情况，害分析表明，震目前对输电线路动力
由于大跨越输电塔具有轻质、高柔的特点，对其
特性和防震减灾能力的认识仍存在不足［，重要３对］输电线路动力特性和抗震能力的研究有待加强。作
１概述
近年来，人类生产生活用电需求不断增加，使促输配电技术高速发展，跨越输电塔一大线体系的数量
日益增加，式也日新月异。般而言，形一跨距１００ｍ０
关规范均没有给出考虑导、线影响的输电塔抗震地
进行振动控制有较好效果。而ＴＭＤ装置构造简单，
机理明确，适合于输电塔的振动控制，很目前，针对
为输电线路的瓶颈，大跨越输电塔一体系的特殊动线
力特性和抗震能力的研究更是迫在眉睫。对于一般的输电塔一线体系，导线的质量与塔架的质量相比较小，动力计算有时可以忽略导线的影响。大跨越输电塔一但线体系较一般输电线路有更大
Ｔａｂ．１Ｅａｔｑｕａｄａａｏｒｓｉｓｏｎｉｅｄｕｉｒｈｋｅｍｇｅｆｔａｎｍｓｉｌｎｓｒｎｇ
以上，线塔塔高１０ｍ以上，通航要求，特殊直０有需

跨越钢管塔设计中的若干问题分析

跨越钢管塔设计中的若干问题分析摘要：本文结合某大跨越塔探讨了跨越钢管塔设计中的问题。

关键词：跨越钢管塔；承载力；偏心弯矩中图分类号： s61 文献标识码： a 文章编号：1.概况某大跨越塔跨越最大基准设计风速为高45m/s(离地面10m)。

导线型号为2×ktacsr/est-720，架空地线一侧选用铝包钢线jlb1b-100，另一侧兼作通信通道采用光纤复合架空地线opgw-290。

基于安全可靠、美观实用、节省造价的原则，结合方便施工、可靠运行等方面的考虑，经过多种方案比较，最后确定了采用自立式钢管塔方案。

下面就该大跨越钢管塔设计中的关键技术问题作详细分析。

2.杆件断面型式的确定本大跨越塔高215.5m，基准设计风速又高达45m/s，按以往工程经验，200m以上的大跨越塔塔身风荷载约占总荷载的70% 以上。

降低塔身风荷载是大跨越塔结构设计首要考虑的问题。

目前国内外200m以上的大跨越塔构件形式主要有格构式角钢和钢管两种。

比较而言，钢管具有构件体型系数小、回转半径大和抗失稳能力强等特性，比角钢更具优势。

格构式角钢和钢管两种方案计算比较结果见表1。

可见，钢管方案比角钢方案节省钢材约43.3%，基础上拔力少约19.2%，基础下压力少约31.5%，钢管方案优势明显。

3.管径与壁厚的确定经过计算比较，跨越塔的最大钢管规格用q345bф1580×30，塔身最轻。

但现行《钢结构设计规范》(gb 50017-2003)第10.1.3条规定，热加工管材和冷成型管材不应采用屈服强度超过345mpa以及屈强比fy/fu >0.88的钢材，且钢管壁厚不宜大于25mm。

按此规定，塔身变坡以下的钢管规格就要用到q345bф1790×25，这不仅加大了加工、镀锌及施工的难度，也使塔重和基础受力增大。

再查阅《钢结构设计规范》的条文说明，上述条文对板厚的限制是限于国内加工能力问题。

参考国外相关规范，欧洲规范虽然也有类似的规定，但却是为了防止层状撕裂，只要材料具有较好的z向性能，也可不受限制。

行波效应对大跨越输电塔-线体系纵向地震响应影响

ＷＩＱ —ｅＬｈｎ —ａｇＥｉ，ＩｅｇｌｎｋＺｉ
（ｏｅｅｏＣｖｎｉｅｉｇＣｏｇｉｎｖｒｔ，ｈｎｑｎ００５ＣｉａＣｌｇｆｉｌｇｅｒ，ｈｎｑｎＵｉｓｙＣｏｇｉｇ０４，ｈｎ）ｌｉＥｎｎｇｅｉ４
ＡｂｔａｔＢｅａｅｏｇｏｒａｄｌｎ —ｐｎｏｔａｈｇｏｔｇｏｇｓａｒｎｍｉｓｏｏｒｃｂｅｓｓｅ，ｉｓｒｃ：ｃｕｓｆｈｉｈｔｗｅｎｏｇｓａｆａｕｌ — ｉｈｖｌａｅｌｎ —ｐｎｔａｓｓｉｎｔｗｅ — ａｌｙｔｍｒｔｉｏｎｏｇｎｙｔｏｓｄｒｓｉｍｉｅｐｎｅｆｔｅｓｓｅｕｄｅｈｕｉｏｍｅｃｔｔｎ．Ｂａｅｎｈｓａｌｓｅｓｎｔｅｕｈｏｌｏｃｎｉｅｅｓｃｒｓｏｓｓｏｈｙｔｍｎｒｔｅｎｆｒｘｉａｉｏｓｄｏｔｅｅｔｂｉｈｄｐｅｉｅ３ｉｎｔｅｅｎｔｒｃｓＤｆｉｅｌｍｅｍｏｅｏｈｕｔａｈｇｏｔｇｌｎ－ｐｎｒｎｍｉｓｏｔｗｅ — ａｌｓｓｅ，ｔｅｏｉｕｉａｄｌｆｔｅｌｒ — ｉｈｖｌｅｏｇｓａｔａｓｓｉｎｏｒｃｂｅｙｔｍａｈｌｎｇｔｄｎｌｓｉｍｉｅｐｎｅｈａａｔｒｓｉｓｏｈｙｔｍｒｔｄｉｄｕｅｒｖｌｖｘｉｔｎａｄｃｍｐｒｄｗｉｈｓｎｒｅｓｃｒｓｏｓｓｃｒｃｅｔｃｆｔｅｓｓｅｗｅｅｓｕｅｎｄｒｔａｅｉｗａｅｅｃｔｉｎｏａｅｔｔｏｅｕｄｅｉｎｇａｏｈｕｆｒｅｃｔｔｏｓｎｈｇｏｔｉｎｎｉｅｒｄｎａｃｉｉｔｒｎｅｒｔｏｔｏ．Ｔｈｅｕｔｓｏｄｔｔｔｅｎｉｍｘｉａｉｎｕｉｇｔｅｅｍｅｒｃｏｌｎａｙｍｉｔｏｍｅｈｓｏｙｉｔｇａｉｎｍｅｈｄｅｒｓｌｓｈｗｅｈａｈｔａｅｉｇｗａｅｅｃｔｔｏａｎｒａｅ，ｏｃｅｓｈｅｓｃｒｓｎｅｆｔｒｎｍｉｓｏｏｒｒｖｌｎｖｘｉａｉｎｃｎｉｃｅｓｒｄｅｒａｅｔｅｓｉｍｉｅｐｏｓｓｏｔａｓｓｉｎｔｗｅ，ｗｈｃｓｍａｎｙｒｌｔｄｈｅｉｈｉｉｌｅａｅｔｈｐａｅｉｅｅｃｏｔｅｈｓｄｆｒｎｅ；ｔｅｆｅｔｆｒｖｌｎｖｏｔｌｎ ’ ｉｐｌｃｍｅｔｅｐｎｅｉｏｖｏｉｔｅｅｔｃｌｆｈｅｆｃｏｔａｅｉｇｗａｅｎｈｅｉｅＳｓａｅｎｒｓｏｓｓｓｂｉｕｓｎｈｖｒｉａｄｄｒｃｉｎ，ｂｔｉｓｅｆｃｎｔｉｅＳａｉｌｆｒｅｉｏｉｎｆａｔｉｅｔｏｕｔｆｅｔｏｈｅｌｎ ’ ｘａｏｃｓｎｔｓｇｉｃｎ．ｉ

大跨越输电塔-线体系数值分析模型的研究

摘要对于高柔大跨越输电塔一线体系这样的大型结构体系，强风和地震引起的体系响应，尤其是动力响应将
十分显著，常常成为其结构设计的控制性因素。建立大跨越输电塔一线体系的数值分析模型，以求取其动力特性是其抗风、抗震设计的重要环节。本文在有关文献的基础上，建立了大跨越输电塔一线体系动力特性的数值分析模型，对某工程实例的动力特性进行了数值分析，与经典的理论分析结果进行了对比和讨论，得到了若干结论。同时介绍了输电线路振动的基本特点，采用多质点模型对塔线体系的耦联振动进行了研究，重点分析了多质点模型的几个模型参数对动力特性的影响。对工程实例的仿真分析表明，该模型能较准确地反映输电线路的塔线耦联振动效应，值得推广应用。
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振
第２６卷第２期
动
与
冲击
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＡＮＤＳＨＯＣＫＯＮ
大跨越输电塔一线体系数值分析模型的研究
梁峰，李黎，尹鹏
４０７）３０４
（中科技大学土木工程与力学学院建筑工程系，汉华武
关键词：输电塔，导线，模型，动力特性中图分类号：Ｔ１．３Ｔ５Ｕ３１，Ｍ７３文献标识码：Ａ
下，（线的振动会产生较大的动张力，导地）该作用力传到塔上，与作用在塔上的荷载 Ⅱ 使塔发生振动，，而影响人们的生产建设，而且还会导致其它的次生灾害。塔的振动又引起导（）地线端点的位移，进而又使得导地线形对于高柔大跨越输电塔一线体系这样的大型结构体（）内的动张力发生变化，成输电塔一线体系的系，风和地震引起的体系响应，其是动力响应将十耦合振动。通过数值计算结果，以看到，电线对输强尤可输分显著，常常成为其结构设计的控制性因素。电塔的自振特性有较大的影响，而且，在计算地震内力由于使用大型有限元软件对输电塔一线体系进行时，（）对塔架纵向地震反应的影响很大，达导地线可３４％【如果在计算中忽略导（）的影响，会得出４Ｊ准确地建模，而准确地计算其动力特性是评估其风从地线将振、地震响应的前提，因此大跨越输电塔一线体系数值较为不安全的结果。分析模型的建立，于该体系的动力特性分析，对尤其是更加值得一提的是，部分考虑输电塔一线体系大对输电塔结构的抗风、抗震设计有着十分重要的意义。耦合作用的研究都是针对地震作用下的。而一般来说，电线系统的设计控制荷载都是风荷载。根据实输１工程背景与力学分析的数值模型际工程中风荷载作用下导线传给输电塔的荷载特征，在输电线系统的设计过程中，（）与钢塔结假设导线传给塔的水平及垂直荷载与风荷载同时作用导地线构通常是分开进行的。一般前者由电气专业的工程师于塔身，利用随机参数结构受随机激励响应的模型，计设计，后由他们把导（）荷载提供给结构工程师，算输电塔脉动位移的统计值，然地线计算结果定性地表明导当作外力加于钢塔上，对其进行设计、计算。这种设计线对输电塔的动力影响不可忽略＂。Ｊ观念容易导致对大跨越输电塔一线体系进行动力特性因此，当我们对大跨越输电塔一线体系的风振、地的分析时，将导（）和塔分别独立地进行计算。也震响应进行评估前，地线应该选用大型通用有限元软件对就是说，对输电塔进行设计时，常仅考虑导（）在通地线该大跨越输电塔一线的耦联体系建立准确的有限元模静力荷载的作用而忽略导（）与输电塔之间的耦合型，地线与理论解的简化方法进行比较，到较为合理的结得作用。果。本文通过某工程实例，用大型通用有限元软件选近年来随着我国电力工业的发展，批的高压、大超ＡＳＳ验证了上面的观点。ＮＹ，高压输电线路大量兴建，高压、高压输电线路中，在超本工程在宜都塔坪桥处跨越长江，岸杆塔位于右往往是档距较大，常是数百米，至上千米，常甚塔较高，宜都市红花套镇塔坪桥村，岸杆塔位于枝江市岩板左常达数十米甚至上百米，于这样的输电塔线路体系，对冲。塔坪桥直线跨越塔左岸呼高１５全高１６５０ｍ，１．ｍ；按原来的方法进行设计、析塔线体系的动力特性时，分右岸呼高１６全高１７ｍ，用耐— —直— — ４ｍ，５．５采发现其结果与现场实测结果相差较大。直— — 耐跨越形式，跨越档距为５３—１１（２５４主跨距）一实际上，当输电塔一线体系在风荷载或地震作用３９４。其主要结构由钢管组成，用高强螺栓连接，是一种高柔结构（１。图）

输电塔在断线荷载下的动力响应

ｍｕａｅｕｌｅｍｕｈｌｒｅａｅｒｓｏｓｓｒｓｌｄｆｏｗｒｓｒｐｕｉｇａｅｓｍｅｔ．Ｈｏｅｅ，ｅＴｗｅｅｈｎｏｓａｃｇｒｔｎｔｐｎｅｅｕｔｍｅｕｔｒｔａｉｙｒａｈｈｅｅｒｉｎｈｔｍｅｗｖｒｔｏｒＤ — ｈ
号为Ｊ／ＢＡ９５，ＬＬ／９／５弹性模量为１８Ｇａ地线直径７Ｐ，为ｌ．５ｍ地线面积为１２８ｌＴ，３９ｍ，５．１２地线单位质量Ｔ１Ｉ为６９ｋ／ｍ，线比载为４．９ × １３．２ｇｋ地０９Ｎ０Ｎ（ｍ，线运行张力为１３７／ｍ，／ｍ・ｍ）地０．６Ｎｍ地线
ｌａｌａｓｍｄｔｂａｔｒｓｏｌｒｋａｔｉｍ．ｅｅｈｌｓｔａｒｙｉｔａｔｅｉｓｏｌｏｏｄａｓｅｅｔｔｈｗｅｕｄｂａｔｈｓｎｔｅＮｖｒｅｓ，ｈｍｊｉｔｒｕｎｔｅｕｏｈｅｉｗｅｅａｅｉｔｅｅｏｔｓｈｗｅｗｄｈ
ｂｅｔｅｓｌｅｔ．Ａｃｏｄｎｏｔｉｐｏｌｍ，ｔｅｄｎｍｉｒｓｏｓｓｃｕｅｙｗｒｓｂｅｉｇｓｌｎｏｓｎｒａａｔａｍｅｋｈｎｉｃｒｉｇｔｓｒｂｅｈｈｙｉｔｅｕｌａｄｉｋｍｕａｙ
水利与建筑工程学报
第９卷
的估算公式＿；ａｐｅ推导得输电塔线体系断线４Ｃｍｂｌｌ时的静力方程，获得断线后的平衡位置和残余应力Ｉ；ｏｒｓＭｚ依据简化物理模型推导出断线荷载下峰ｅ３

特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析

文章编号：６３２４（０８０ —０３０１７ — ０９２０）４０２ — ８
特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析
又洪洲，瑞娟司
（同济大学建筑工程系，海上２０９）００２
摘要：对特高压大跨越输电塔跨越档距大、体高且负荷重的特点，材料选取、线排列方式、针塔从导
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｉｄｔｌａｈｇｏｔｇ（ＨＶ）ｌｎ — ｐｎｔａｓｉｓｏｏｒｂｉｇｃａａｔｒｚｄｍｅＯｕｔｉｈｖｌａｅＵｒｏｇｓａｒｎｍｓｉｎｔｗｅｅｎｈｒｃｅｉｅ
ＵＨＶｎｇｓｎＴｒｎｍｉｓｏｗｅｓＬｏ — ｐａａｓｓｉｎＴｏｒ
ＤＥＮＧｎ — ｈｕ，ＳｉａＨｏｇｚｏＩＲｕ—ｕｎｊ
（ｐｒｍｅｔｏｃｉｅｔｒｌＥｇｎｅｉｇＤｅａｔｎｆＡｒｈｔｃｕａｎｉｅｒｎ，ＴｏｇｉＵｎｖｒｉｎｊｉｅｓｔｙ，Ｓａｇａ２０９，Ｃｈｎ）ｈｎｈｉ００２ｉａ
第２５卷第４期
２００８年１２月
建筑科学与工程学报
ＪｕｎｌｆｃｉｃｕｅａｄＣｖｌｎｉｅｒｇｏｒａＯｈｔｔｒｎｉｉＥｇｎｅｉＡｒｅｎ
Ｖｏ．５Ｎｏ４１２．
Ｄｅ．２０８ｃ０
ｏＨＶｏ — ｐｎｔａｍｉｓｏｏｅｓｆＵｌｎｇｓａｒｎｓｓｉｎｔｗｒ．

超高压输电塔在覆冰断线作用下的动力响应

面碰撞接触的情况下，模拟不均匀覆冰工况下，四分裂子导线同时断裂、相继断裂两种工况下，断线冲击荷载对输电塔
的动力效应。分析结果显示，塔头上的应力和位移动力效应明显，采用拟静力法计算断线冲击荷载是偏于不安全的。
关键词：输电线路；不均匀覆冰；四分裂导线；冲击荷载
第４２卷２０１４年２月
云
南
电
力
技
术
Ｖｏ１．４２Ｎｏ．１
ＹＵＮＮＡＮＥＬＥＣＴＲＩＣＰＯＷＥＲ
Ｆｅｂ．２０１４ ห้องสมุดไป่ตู้
超高压输电塔在覆冰断线作用下的动力响应
，许志华，徐辉刘锐鹏，颜天佑，张耿斌
振荡，严重时会导致输电杆塔连续倒塔，严重的
型分析了断线工况下大跨越输电塔的动力响应，但未考虑子导线的断线工况。国外学者ＪｏｈｎＤ．Ｍｏｚｅｒ等＿６对输电线路塔一线体系模型进行试验和数值模拟分析，得到了在断线情况下输电塔顺线路方向的静态、动态响应；Ｍ．Ｂ．Ｔｈｏｍａｓ等［７提出了基于不同型号参数的输电线断线的时
ｉｎｇｆｏｕｒｓｕｂ—ｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅａｎｄｂｒｅａｋｉｎｇｓｅｑｕｅｎｔｉｌｌａｙｕｎｄｅｒｔｈｅｕｎｅｖｅｎｉｃｉｎｇｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ．ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｅｆｅｃｔｆｏｔｈｅ

大跨越输电铁塔随机风场的数值模拟

大跨越输电铁塔随机风场的数值模拟
王炎
【期刊名称】《建材世界》
【年(卷),期】2007(028)004
【摘要】风荷载是输电铁塔的主要动力荷载之一,设计中必须考虑风荷载的动力效应.文中提供了大跨输电铁塔随机风场数值模拟的谐波合成法,考虑了不同位置上的空间相关性和相位角,同时在模拟中采用了FFT技术,从而简化了计算过程,提高了运算效率.最后,使用该方法模拟生成了一大跨度输电铁塔随机风场的样本,并对该风场样本进行了谱和相关性校验,模拟值与目标值吻合良好,证明了该方法的有效性和可靠性.
【总页数】4页(P111-113,132)
【作者】王炎
【作者单位】湖北第二师范学院建筑与材料工程系,武汉,430205
【正文语种】中文
【中图分类】TU2
【相关文献】
1.架空输电铁塔动力风响应的数值模拟 [J], 梁波;徐建良
2.基于石沅台风谱的输电塔风场数值模拟 [J], 黄国胜;刘树堂;韩林田
3.输电线路所处复杂地形的风场数值模拟 [J], 罗啸宇; 聂铭; 谢文平; 肖凯
4.基于插值与降维方法的输电塔线体系随机脉动风场有效模拟 [J], 杨雄骏;黄金山;
张建国;雷鹰
5.大跨越输电塔线体系随机脉动风场模拟研究 [J], 白海峰;李宏男
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大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析

山西建筑SHANXI ARCHITECTURE第47卷第6期・34・2 2 2 1年3月Vai. 27 Na. 5Mar. 2028文章编号:1969-7825 (2021) 66C634C5大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析原迁张德凯（同济大学建筑工程系，上海200095 ）摘要:输电塔是高柔度的风敏感结构，大跨越输电塔线体系由于塔线耦合作用，动力特性和风振响应变得复杂。

以智力 CHACAO 大跨越工程为例，在Ansys 中建立塔线体系有限元模型，从结构的动力特性和风振响应几个方面对单塔及塔线体系进行风振分析;根据时程分析结果对风振系数进行计算并和规范结果对比，发现按照建筑荷载规范结果不准确也不安全，架空输电线路荷载规范由于考虑了横担处的质量突变等因素，总体来说更符合实际也更偏于安全。

关键词：大跨越，塔线体系，风振响应，动力分析，风振系数中图分类号:TU315 文献标识码:A0引言输电线路起着运送和分配电能的作用,是经济社会发展重要的生命线工程。

在我国，风灾所引起倒塔的事故一直相当严重，例如2013年8月4日18:30左右，西北某地区遭遇大暴雨、强雷电和瞬时最大风速34.2血s （10 m 基准高度）的大风，导致某330 kV 输电线路35号~40号连续档、46号共7基铁塔倒塌,41号铁塔倾斜，涉及两个耐张段1 ］。

大跨越输电塔体系作为风敏感的复杂空间耦联体系,高度高而且有较高柔度,对于“干”字形铁塔，横担长度大，塔头质量更为集中,其在风荷载下的风振响应分析很有必要1 ］。

对大跨越输电塔结构的动力特性及其随机风荷载作用下风振响应研究也一直是高耸结构研究和设计的一个重要方面。

在计算风振系数方面，DLT 5154—2219架空输电线路杆塔结构设计技术规定1 ］，《大跨越设计技术规定》［］,GB 50137—2216高耸结构设计标准1 ］等业内规范均和GB50006—2012建筑结构荷载规范1 ］的计算方法类似，但实际上规范提供的方法只适用于体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑和高耸建筑，对于输电塔质量和外形有突变的局部位置并不完全适用，输电塔结构沿高度方向布置有数个横担结构,横担宽度较塔身宽度大得多,质量和挡风面积在横担处突变，其风振系数取值必然与从上至下宽度和质量均匀变化的高耸结构和高层结构有很大区别。

大跨越输电塔-线在线路脱冰作用下的振动

主要集中在风振］地震＂卜９、和线路断线振
荡㈣上。
虽然对线路脱冰振动问题的研究取得了一定的成果，是正如ＰｅｒＭｃｏｂｒ所言，导线脱冰问但ｉｒＣｍｅｅ对
基金项目：国家电网公司科技项目（ＧＪ２０］１）ＳＫ［０７４３收稿日期：２０００８— １—１修改稿收到日期：０８— ２— ２８２００２第一作者李黎女，教授，９６年生１５
磨损、股断线，断以及输电塔失稳倒塌等事故，给社会造成巨大的经济损失。１８９４年２月，四川西昌永乐山
的２０Ｖ南九线穿越高海拔重覆冰的蓑衣岭地段，２ｋ发生了多起因导线脱冰跳跃引起的线路跳闸事故Ｊ。对输电线脱冰跳跃问题的研究除了现场观测以外，主要采用实验和数值模拟的方法。加拿大的Ｊｍ — ａａｌｄｉｇ等人在实验室利用人工气候对３２长导线ｅｄｎ．２ｍ
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进行了静荷载的脱冰模拟试验，多种脱冰情形进行对了模拟。但是脱冰试验线路既十分昂贵又受到场地条件的限制，且从较小的比例模型上获得的实验结并果并不能直接应用到实际线路上。随着计算机技术的发展，采用非线性动力有限元方法模拟塔一耦合体使线系在线路脱冰作用下的振动成为可能。ＪｍｌｄｎａａｅｉｇｄＬ，］２３Ｋｌｎ和Ｍｃｌｒ４人借助商业软件ＡＩａｍａＣｕｅ¨５等－Ｄ—

大跨越输电塔线体系覆冰断线全过程数值模拟

念
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其中Ｎ为四种工况下断线时杆件轴力最大值的绝对值，Ｎ为自重情况下杆件轴力值。３．２覆冰断线对后对铁塔的冲击比五冰断线冲击效应明显很本文通过建立大跨越输电塔线体系三维有限元模型，数值模拟多。了塔线体系在覆冰断导线工况下，断线时对铁塔的振动与冲击。通３．３覆冰和无冰情况下断线对横担端部冲击作用最大，所以故过研究得出以下结论：应提高对相应部分输电塔设计强度和刚度。３．４本文建立的模型体系为研究塔线系统在各种不利荷载条件３．１大型商用有限元软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ — ＤＹＮＡ能够比较好地模拟出塔一线体系模型在覆冰条件下的断线振动。下的动力响应和工程应用提供了参考。
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科技论坛
大跨越输电塔线体系覆冰断线全过程数值模拟
刘春城张庆华
（东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林１３２０１２）
摘要：本文以某大跨越工程为背景，用大型商业软件ＡＮＳＹＳ／ＬＳ — ＤＹＮＡ对输电塔线体系覆冰和无冰工况断线进行了全过程数值模拟，并计算不同位置的冲击响应，结果显示横担端冲击效应最明显。关键词：输电塔线；覆冰；断线；冲击响应；ＡＮＳＹＳ／ＬＳ — ＤＹＮＡ
３结论
目前，影响输电塔线体系的安全主要有风灾和覆冰事故，其中导线覆冰所引起的事故更加令人担忧。为了深入研究输电塔线体系覆冰断线冲击荷载对输电线路的影响这一课题，考虑导线、地线和绝缘子串与输电铁塔之间的相互作用，以及相邻档距的输电塔振动影响是必不可少的。本文从动力学分析的角度，选取晋东南一南阳荆门大跨越高压输电线路的一个典型耐张段的工程实例，建立三塔四线的输电线路模型。计算了断线荷载对输电塔各部分主要杆件的冲击作用。１有限元模型１．１输电塔模型本文所建立的铁塔采用的是晋东南一南阳一荆门ＩＯ００ＫＶ汉江大跨越酒杯形塔，它属于自立式钢管塔。模型全部采用空间采用ｂｅａｍｌ６１梁单元，铁塔底部塔脚固结。１．２导（地）线模型本计算模型中的导地线的参数为表１导地线参数

大跨越高压输电线路覆冰断线的冲击动力学模型

ａｄｎｎｉｅｉｒａａｅｗｅｅｃｍｐｔｄｂｓｎｈｓｍｏｅａｄａｇｏｇｅｍｅｔｗｅｅａｈｅｅ．Ｔｅｒｓｈｈｗｎｏ —ｃｄｗｒｂｅｋｇｒｏｕｅｙｕｉｇｔｉｅｄｌｎｏｄａｒｅｎｓｒｃｉｖｄｈｅｕｓｓｏ
ｔａｓｓｉｎｌｅｕｊｃｅｏｉｅｒｒａａｅｒｎｍｉｏｎｓｓｂｅｔｄｔｄｗｉｂｅｋｇｓｉｃｅ
ＬＵｈｕｃｅｇ，ＣＩＣｎ—ｈｎＨＵｅｇｙ，ＳＵＮａ — ｅＺｈｎ — ｕＸｉｎｈ，ＺＨＡＮＧＷｅｉ
电线路覆冰断线的冲击动力响应试验分析与数值计算提供理论依据。
关键词：大跨越；高压输电线路；覆冰；分裂导线；间隔棒；断线；冲击动力学
中图分类号：Ｔ３２１Ｕ１．文献标识码：Ａ
Ｉｐｃｎｍｉｓｍｏｌｏｏｇｓｎｇｏｔｇｍａｔｄｙａｃｄｅｆｌｎｐａｈｉｈｖｌａｅ
振
动
与
冲
击
第３１卷第３期
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＯＮＡＮＤＨＯＣＩＳＫ
大跨越高压输电线路覆冰断线的冲击动力学模型
刘春城，初怔宇，孙显鹤，张伟
（．１东北电力大学建筑工程学院，吉林省吉林１２１；．３０２２大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，宁辽大连１６２）１０３

送电线路大跨越高塔的施工技术及方法分析

送电线路大跨越高塔的施工技术及方法分析摘要：大跨越高塔是电力工程输电线路中的重要设施，其施工和建筑质量对电力输送的安全性和运行效率有着重要影响。

本文主要对大跨越高塔的施工技术进行阐述，以供参考和借鉴。

关键词：送电线路；大跨越高塔；施工技术引言大跨越高塔是高压线路中的重要设施，工作量占据着送电线路的50%以上，对输电线路的正常运行有着直接的影响。

大跨越高塔由于塔高且根基大，水平断面铁件较少，交叉铁跨度大，而且高压线路线比较多，施工人员高空作业相对困难。

因此在大跨越高塔的建立过程中，对于其施工技术要求很高，施工人员应保证铁塔的质量，防止在施工过程中出现质量问题而影响工期。

在大跨越高塔施工中，工作人员应该提高每一个环节的施工技术，对于出现的问题及时采取有效措施，保证高塔能够正常供电。

1大跨越高塔施工流程1.1基坑建造大跨越高塔的一大特点就是其根基大，所以其基坑的建设有着特殊的要求。

基坑的建设是大跨越高塔建设和施工的基础，首先应该完成的是基坑的抄平。

工作人员应该借助精确的经纬仪进行基坑长宽以及深度的测量，保证施工的效果能够和设计方案相吻合，减小误差，防止意外事故的发生。

基坑抄平的技术主要通过基坑中心和四角这五点的确立，来指导抄平工作的完成。

1.2原材料选择在配置混凝土之前应该选择质量优良的原材料，确保其符合国家的规定标准。

依据实际条件选择合适的水泥，比如可以选择水热化值较低的热硅酸盐水泥，其具有良好的保水性和收缩性，而且有耐腐蚀、耐磨、抗冻的优点。

通常骨料分为两种：①细骨料，施工中应该尽可能使用中砂，中砂的含沙量比较低；②粗骨料，施工中可适当增加其粒径，通常选择5～40mm粒径的石子，尽量将含沙量控制在1.5%以内。

另外还可以在其中添加适当的减水剂和膨胀剂等，将混凝土的开裂程度降到最低。

1.3混凝土配制配制混凝土过程中应根据工程的规模和强度等具体情况配制最佳的配合比，发挥出混凝土的最大效用。

首先应该最初的配合比作出计算，然后再作调整，使混凝土的配合比不仅符合结构强度标准，而且具有较强的抗水性能。

输电塔在线路断线作用下的动力响应

２）用等效弹簧代替导地线对塔的作用。
绝缘帛１绝缘串２
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图２导地线模型示意图
Ｌ一ＤＮＡｒ５Ｙ￣境里：，
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１２线路初始找形及断线动力响应．线路初始找形是后续断线分析的基础，文采用本非线性有限元迭代的方法实现。根据电线的受力和变
簧代替导地线对输电塔作用的塔一弹簧模型，导地将线断线作用下悬垂点的支座反力反向施加在塔一弹簧模型上，分析输电塔在导地线断线作用下的动力响应。具体步骤见图１。
， … 一一一一一一一一一、、
塔一弹簧
式动力分
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７一，，一一一一一一一一，
导ｒｊ线断ｊ地
形特点，两节点直线杆索单元模拟电线的绝缘串。用通过迭代计算，定各节点在自重和初应力作用下达确
到力平衡的节点位移向量｛｝即有：ｄ，
（．中科技大学土木工程与力学学院，１华武汉４０７；３０４２华中科技大学控制结构湖北省重点实验室，．武汉４０７３中南电力设计院，３０４；．武汉４０７）３０１
摘要：目前采用的拟静力法考虑线路的断线不平衡张力不能反映出输电塔受到的断线动力响应。针对这一问
显式动力分析支座处动力响应荷

山区大高差耐张段悬垂塔风振响应及抗风性能分析

钢结构(中英文),38(7),22-28(2023)DOI :10.13206/j.gjgS 22082202ISSN 2096-6865CN 10-1609/TF山区大高差耐张段悬垂塔风振响应及抗风性能分析∗庞宇彤1㊀曹枚根1㊀占鹭林2㊀陈长龙2(1.北方工业大学土木工程学院,北京㊀100144;2.温州电力建设有限公司,浙江温州㊀325024)摘㊀要:输电塔是一类高柔度风敏感结构,尤其是建立在山区的输电线路,铁塔所处位置的地形㊁地貌差异性大,常出现塔与塔之间高差较大的现象,导致风荷载作用下的塔线体系结构响应复杂㊂以温州沿海山区某典型大高差输电线路段为研究对象,利用ANSYS 软件建立两塔三线有限元模型,开展了裸塔及塔线体系的动力特性研究,分析了裸塔及塔线体系在0ʎ和90ʎ风向角下的风振响应,并进行了设计风速下不同风向角的铁塔抗风性能评估㊂通过对处于山顶位置的输电塔的风振响应特点及铁塔主材内力的分析,得到了山区大高差输电塔主材应力响应规律,掌握了地形高差对铁塔主材应力的影响特点㊂研究表明:在水平档距不变的情况下,两塔高差越大,位于高处的铁塔主材应力呈现快速增大趋势,且位于山顶的铁塔较山谷铁塔风致倒塌或损毁的风险更大㊂关键词:山区大高差;输电线路;耐张段;悬垂塔;风振响应;抗风性能∗浙江省电力实业总公司科技项目(CF058807002021006)㊂第一作者:庞宇彤,女,1988年出生,硕士研究生㊂Email:741529141@ 收稿日期:2022-08-220㊀引㊀言架空输电线路是我国电力能源输送的主要方式,是一项重要的生命线工程基础设施㊂我国是一个地形复杂多样㊁山区面积广的国家,山地㊁丘陵等山区地形约占国土面积的66%,平原占34%㊂随着国家经济的不断高速发展,电网建设投资力度的加大和西电东输战略的实施,使得各电压等级的输电线路输送距离越来越长,且不可避免要跨越崇山峻岭,线路档距和铁塔间的高差成为影响线路安全的重要因素,越来越受到广泛的关注㊂现阶段关于输电线路风振响应研究主要集中于大跨越输电塔线体系动力特性及风振响应研究,李正良[1]㊁邓洪洲[2]㊁郭勇[3]等针对大跨越输电线路进行风振响应分析,研究了塔线耦合作用对输电塔的响应规律以及不同风速㊁不同风向角的风振响应,同时得出导线的振动与风速及悬挂点高度有关㊂谭培炎[4]采用Davenport 谱对目标风速场模拟了足够数量的风速时程样本,对塔线体系进行时域分析,将提取到的导线挂点处的荷载时程曲线与Welch 谱估计法相结合,并结合最小二乘法提出了一种基于挂点荷载功率谱的塔线体系随机风振响应简化分析方法㊂Momomura 等[5]对某山区一座高压输电塔线体系的风振响应进行了10多年的现场观测,考察了多次强台风下塔体应变同风速的指数关系,并指出山坡地形对风速有显著的影响㊂Shehata 等[6]以输电线路因风暴而造成重大破坏事件为例,利用有限元软件模拟力学模型进行风振响应分析,结果得出风荷载在输电塔系设计中是重中之重的,同时也研究出输电塔系的多种抗风设计方法㊂Yasui 等[7]对山区进行实地观测,将输电塔-输电线相结合采用风荷载振动的分析方法对两个案例进行研究,分析得出输电塔线体系的加速度㊁应变等特性与风速成正比㊂目前大高差输电线路风振响应分析有关的研究还不充分㊂为此,本文采用ANSYS 有限元软件建立两塔三线有限元模型,开展了山区大高差输电线路悬垂塔风振响应分析及抗风性能评估,为山区输电线路抗风设计提供参考㊂22山区大高差耐张段悬垂塔风振响应及抗风性能分析1㊀塔线体系有限元模型及风荷载1.1㊀有限元模型的建立以温州某山区3572线大高差输电线路为研究对象,选取线路中输电塔型号为ZMG32型的猫头塔,其中铁塔呼称高24m,全高30m,根开为5.4m ˑ5.4m㊂输电塔结构类型为角钢塔,主材为Q345钢,其余材料及辅助材为Q235钢,整个铁塔采用18种不同型号的角钢,塔腿主材为200ˑ8㊂输电塔设计条件为正常运行工况:最大风速为40m /s,气温-5ħ,覆冰厚度按轻冰区小于10mm㊂该段线路两端塔为耐张塔(两端铁塔名分别为110JJ3㊁110JJ4),中间为悬垂塔(塔名为ZMG32),该耐张段跨度为200m -500m -200m,高差为40m -120m -(-40m),导线型号为LGJ -300/40,地线型号为JLB1A -95,主要技术参数见表1㊂表1㊀3572输电线路铁塔及主要设计参数Table 1㊀3572transmission line towers and maindesign parameters塔名呼高/全高/m 铁塔类型铁塔根开/m 导㊁地线型号110JJ 318~23耐张塔ZMG 3224~29.5悬垂塔 5.4ˑ5.4ZMG 3224~29.5悬垂塔 5.4ˑ5.4110JJ 418~23耐张塔导线LGJ -300/40(K =2.5)㊁地线JLB 1A -95(K =3.5)㊀㊀注:K 为地面粗糙度系数㊂㊀㊀输电塔由角钢构件搭建而成,采用Beam 188梁单元模拟角钢㊂导线作为一种柔性构件,既不承受压力也不承受弯矩,只能承受沿轴向的拉力,可用三维杆单元Link 10来模拟带预应力的悬索结构㊂由于其仅在重力作用下呈现悬链线形态,利用悬链线方程对导线进行初始形态找形㊂两悬挂点不等高的悬链线(图1)方程如下[8]:y =(lq 2F cos φ-h l )x -q2F cos φx 2(1)式中:x 为导线任意一点P 对低端悬挂点A 的水平距离;y 为导线任意一点P 对低端悬挂点A 的竖向距离;F 为导线最低点O 的水平张力;q 为导线单位长度自重力;l 为水平档距;h 为两悬挂点高差;φ为导线两悬挂点高差角㊂根据实际工程中输电线路相关参数以及输电线找形理论,初步构建初始的输电塔线耦合体系有限元模型,如图2所示㊂1.2㊀风荷载输入输电线路风荷载模拟主要分为两部分,即铁塔图1㊀两悬挂点不等高的输电导线Fig.1㊀Transmission conductor with unequal height at twosuspensionpoints图2㊀塔线耦合体系有限元模型㊀mFig.2㊀Finite element model of tower-line coupling system和导㊁地线的风荷载模拟[9]㊂风速时程可以分解为平均风速和脉动风速两个部分㊂平均风速视为常数,脉动风采用基于功率谱密度函数的零均值平稳高斯随机过程的模拟方法,可以用来生成符合目标场地的脉动风速时程㊂任意高度h 处的风速v (h ,t )可以看作平均风速v -和脉动风速v f 的叠加,即[10]:v (h ,t )=v (h )+v f (h ,t )(2)㊀㊀平均风随高度方向变化的规律称为风剖面,风剖面可以用指数规律模拟,即[10]:v v 10=(h h 10)α(3)式中:h 为任意代表点高度;v -10为10m 处基准平均风速;本文取v -10=40m /s;α为地面粗糙度系数,本文为山地地区,取α=0.12㊂根据GB 50009 2012‘建筑结构荷载规范“[11]采用的Davenport 风速功率谱,其表达式为:S v (f )=4Kv -102x 2f (1+x 2)43(4a)x =1200f v -10(4b)式中:f 为频率,Hz㊂本文采用线性滤波法对Daven-port 谱进行脉动风速时程进行模拟㊂代表点模拟出的脉动风速时程曲线如图3a 所示,功率谱曲线如图3b 所示㊂可见,目标谱和功率谱曲线基本重合,验32庞宇彤,等/钢结构(中英文),38(7),22-28,2023证了其方法的准确性㊂a 脉动风速时程曲线;b 脉动风速功率谱曲线㊂图3㊀脉动风速时程曲线及功率谱曲线Fig.3㊀Time history curve and power spectrum curve offluctuating wind speed将铁塔按照结构特征以及不同高度风荷载的取值将铁塔划分成9段,如图4所示㊂根据不同位置的风速计算输电线路各部分所受风荷载,进而对输电线路进行加载和风振响应分析㊂按照GB 50009 2012[11]和DL /T 5154 2012‘架空输电线路杆塔结构设计技术规定“[12]规定风荷载计算公式,本文使用铁塔和导㊁地线风荷载计算公式如下:F t =μs A s v 2/1600(5a)F l =μc dv 2/1600(5b)式中:F t 和F l 分别为铁塔和导㊁地线的风荷载;μs ㊁μc 分别为铁塔和导㊁地线的体型系数,根据DL /T 5485 2013‘110kV ~750kV 架空输电线路设计技术规程“的规定,本文取μs =2.5;导线μc =1.2㊁地线μc =1.1;A s 为铁塔迎风面面积;d 为导㊁地线外径;v 为风速㊂2㊀大高差塔线体系风振响应分析2.1㊀动力特性分析由模型数值模态分析可得到结构自振频率与各阶振型模态进而确定其他的动力参数[13]㊂文献[13]中对悬垂塔Z 2及塔线体系进行了模态分析和对比,铁塔振型频率及周期如表2所示,前3阶振型如图5所示㊂从输电塔裸塔(Z 2)模态分析可知,铁塔的主振型为横线路振动(X 向)㊁顺线路(Y 向)振动以及整㊀㊀图4㊀铁塔分段及导㊁地线编号Fig.4㊀Number of tower section and guide wire表2㊀Z 2塔裸塔振型频率及周期Table 2㊀Z 2Tower vibration frequency and perioda X 向第1阶;b Y 向第2阶;c 扭转振型俯视㊂图5㊀Z 2铁塔典型振型Fig.5㊀Typical vibration diagrams of Z 2tower体扭转振动㊂其中铁塔横线路第1阶和第2阶振型频率分别为1.156Hz 和3.347Hz ;铁塔顺线路第1阶和第2阶振型频率分别为1.403Hz 和3.906Hz ;扭转振型第1阶频率为2.518Hz ㊂为了解导线㊁地线对输电塔动力特性的影响,开展了塔线体系动力特性分析㊂从塔线体系的振动模态分析可知:体系前100阶振型均为导线和地线的振动模态,查验前500阶模态获得第231阶模态为耐张段中Z 2铁塔横线路第一阶振动模态,其频率为1.413Hz ;第396阶模态为耐张段中Z 2铁塔顺线路第一阶振动模态,其频率为2.166Hz ㊂相对比裸塔同阶振型的自振频率,塔线体系中铁塔同振型的频率均较裸塔有所增大,可见悬挂导㊁地线对输电塔的动力特性有较大的影响㊂42山区大高差耐张段悬垂塔风振响应及抗风性能分析2.2㊀风振响应分析对3572大高差输电线路悬垂塔Z 2开展了顺线路(0ʎ风)和横线路(90ʎ风)方向的风振响应分析,截取前100s 的响应的变化趋势作为代表,得出塔线体系的耦合效应对输电塔风振响应的影响规律㊂0ʎ㊁90ʎ风向角塔顶位移时程曲线见图6,塔顶加速度时程曲线见图7㊂在0ʎ风向角下,塔线体系中Z 2塔顶位移均方根值为57.45mm,裸塔塔顶位移均方根值为33.96mm㊂由于塔线耦合效应,塔线体系塔顶风振位移响应较裸塔增大1.69倍;90ʎ风向角下,塔线体系塔顶位移均方根值为106.90mm,裸塔塔顶位移均方根值为38.18mm㊂由于塔线耦合效应,90ʎ风向角下塔线体系塔顶位移响应均方根值比裸塔增大2.80倍㊂a 0ʎ风;b 90ʎ风㊂图6㊀塔顶位移响应时程曲线Fig.6㊀Time course curves of tower top displacement从图8可以看出,铁塔及塔线体系各层高度的位移均方根值随高度增加而增大㊂输电塔在风荷载作用下的位移响应以一阶振型为主㊂由于塔线体系输电塔受到导线和地线耦合效应影响,塔线体系铁塔各层位移均方根值均大于裸塔各层位移均方根值㊂2.3㊀高差对输电塔主材应力的影响分析风振响应分析之前需对结构在重力作用下初始状态找形,对结构施加重力荷载进行分析[14],提取铁塔Z 1和Z 2的主材轴力如图9所示㊂由此可以看出:铁塔在重力作用下主材轴力均a 0ʎ风;b 90ʎ风㊂图7㊀塔顶加速度响应时程曲线Fig.7㊀Time course curves of acceleration at the top of thetowera 0ʎ风;b 90ʎ风㊂图8㊀Z 2塔位移响应均方根值Fig.8㊀Root mean square value of Z 2tower displacement response为压应力,铁塔Z 1前㊁后侧导线作用方向相反,前侧导线对铁塔有向上的拉力,后侧导线有向下的拉力,而作用力臂之差较小,所以铁塔Z 1前后侧主材轴力52庞宇彤,等/钢结构(中英文),38(7),22-28,2023图9㊀铁塔主材轴力Fig.9㊀Shaft force of main material of tower作用效果有一定的偏差,后侧主材轴力大于前侧主材轴力㊂由于铁塔Z2两侧导线对其产生相同方向的作用力,因此两侧轴应力基本一致,且Z2主材轴力整体大于铁塔Z1主材轴力㊂通过改变图2中耐张段中间档高跨比(H2/ L2),对其分别进行90ʎ风向角下风振响应分析,得出铁塔Z1和Z2迎风面和背风面主材最大应力随高跨比变化的规律,如图10所示㊂具体跨度比值见表3所列㊂图10㊀不同高跨比主材应力Fig.10㊀Stress of main material with different high span ratio表3㊀不同高跨比下线路水平档距与高差设计值Table3㊀Design value of horizontal span and elevation difference with different height-span ratio㊀㊀从图10中可以看出:1)迎风面主材均为拉应力,背风主材为压应力,这是由横线路方向风荷载作用下产生的整体力矩决定的,且重力作用下铁塔主材轴力均为轴向压力[15-16],所以,背风面主材所受压应力大于迎风面主材拉应力㊂2)Z2塔前侧导线档距大于后侧导线,在风荷载作用下前侧水平张力大于后侧,使输电塔承受顺线路方向的荷载作用,产生顺线路方向的整体力矩,因此前侧背风面主材轴向压应力大于后侧主材轴向拉应力㊂同时,随着高跨比的增大,迎风面和背风面主材应力均呈现稳步上升的状态,且处于山顶位置的铁塔主材应力比山谷位置铁塔大14.67%㊂由此可见,架设在山顶的输电塔,实际设计中需要考虑输电塔两侧输电线的档距㊁高差所带来的影响[17-18]㊂3㊀大高差塔线体系输电塔抗风性能评估由第2节对大高差输电塔线体系的风振响应分析,得到了塔顶位移时程以及不同高差铁塔主材应力变化规律㊂为了更加直观评估大高差输电塔的抗风性能,本节提出压屈比㊁偏移比㊁倒塌比[19]等评估参数按设计风速v-10=40m/s对猫头塔Z2进行抗风性能评估㊂结合GB50135 2019‘高耸结构设计规范“[20]和GB50017 2017‘钢结构设计标准“[21],高耸钢结构在罕遇地震时层间位移角限值大于结构高度h/50时,可以认为结构的部分杆件进入不可逆的塑性状态,定义为失效区间㊂本文用输电塔塔顶或塔身横担位置的水平偏移比来评估输电塔的整体侧移刚度水平,输电塔关键点偏移比Δ可定义为:Δ=u ut(6)式中:u为选取塔身关键点的水平合位移;u t为关键点处的高度㊂当输电塔整体偏移值大于1/50时,可认为输电塔的整体水平侧移刚度严重不足,需要采取加固措施或者拆除重建,否则无法承受设计风速及极限风速的作用㊂在风速40m/s㊁90ʎ风向角下输电塔的整体水平侧移刚度状态见表4㊂表4㊀输电塔整体偏移比Δ限值及整体刚度评估Table4㊀Transmission tower overall deflectionratioΔlimit and overall stiffness assessment Δ>150150ȡΔ>11001100ȡΔ>12001200ȡΔ严重不足不足基本满足满足㊀㊀从表5可以看出:不考虑塔线耦合(裸塔)时,只有在45ʎ风向角时,铁塔塔头偏移比大于1/200;但是考虑塔线耦合导线风荷载的影响时,铁塔塔头偏移比均超过1/200,但是小于1/100,可通过计算压屈比和倒塌比对铁塔进一步评估㊂压应力超限可能会导致主材失稳,严重会导致铁塔倒塌,因此有必要控制输电线路铁塔杆件的压应力㊂为了更加直观并且简化计算,定义输电塔杆62山区大高差耐张段悬垂塔风振响应及抗风性能分析㊀㊀表5㊀Z2铁塔顶偏移比Table5㊀Tower Z2tower top offset ratio风向角/ (ʎ)裸塔塔线体系横担(24m)塔顶(29.5m)横担(24m)塔顶(29.5m)00.00480.00610.00440.0049 450.00780.00960.00650.0077 900.00640.00800.00430.0055㊀㊀注:表中黑体加粗数值为偏移比大于1/200,此时,输电塔整体刚度不足,发生倒塌的可能性较大㊂件压屈比作为评定输电塔构件的局部失稳(材料强度不够所致屈服)的判定,临界压屈比可表示为:ηc=σmf y(7)式中:σ为风荷载作用下得到的杆件压应力;f y为钢材屈服强度;m为构件的强度折减系数,按照DL/T5154 2012[12]可统一取0.85㊂以最大压应力的杆件高度为最不利倒塌位移,定义倒塌比为:Δc=uh t-h c(8)式中:u为塔顶位移;h t为塔高;h c为塔底距塔倒塌点高度㊂倒塌比为考虑压杆稳定和屈服位置的偏移比,为此倒塌比限值比偏移比更为严格㊂由于目前没有风荷载下的铁塔倒塌规范,但可以结合铁塔的塔高㊁根开及偏移比限值定义倒塌比限值,见表6㊁表7,若超过倒塌比限值则必须采取加固措施㊂若不考虑铁塔塔身的变截面构造,可以直接定义塔高与根开的比值作为铁塔倒塌比取值依据[19],铁塔Z1的λ为5.6㊂表6㊀输电塔风险点倒塌比Δc限值及倒塌评估Table6㊀Transmission tower risk point collapseratioΔlimit value and collapse assessment表7㊀铁塔Z2倒塌比限值及倒塌评估Table7㊀Tower Z2collapse ratio limit andcollapse assessment风向角/ (ʎ)裸塔塔线体系塔顶是否倒塌风险塔顶是否倒塌风险00.0078否0.0069否450.0163是0.0125是900.0129是0.0084否㊀㊀注:同表5㊂㊀㊀在45ʎ风向角下裸塔的最大压应力为299.46MPa,位于塔腿6m处;90ʎ风向角为280.73MPa,位于塔腿3.5m处;0ʎ风向角为262.08MPa,位于塔腿4m处㊂4㊀结㊀论1)塔线体系在0ʎ风向角时,塔线体系的塔顶位移均方根值是裸塔的1.69倍,在90ʎ风向角时,塔线体系的塔顶位移均方根值是裸塔的2.80倍㊂同时,通过对输电线的风振响应分析,中跨输电线的位移峰值较大,故有必要采取措施对输电线的风致振动进行控制㊂2)随着高差的增大两悬垂塔主材应力增加了15.2%左右,但由于两塔分别处于山顶和山谷的位置,铁塔主材受力方向有所不同,处于山顶位置的铁塔主材应力比山谷位置铁塔大14.67%㊂为了减小铁塔两侧顺线路方向荷载的影响㊁降低山顶铁塔的倒塌风险,在输电线路设计中应尽量减小输电塔两侧导线高差的取值㊂3)在风速v-10=40m/s的工况下考虑导㊁地线耦合作用下铁塔塔顶及横担位置仅在0ʎ风向角未出现损伤,在45ʎ和90ʎ风向角下均有损伤状态且在45ʎ风作用下铁塔在6m处发生倒塌的可能性较大㊂参考文献[1]㊀李正良,罗熙越,蔡青青.考虑塔-线耦合作用的输电塔体系风振系数研究[J].建筑钢结构进展,2021,23(3):119-128. 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大跨越输电塔在线路断线作用下的动力响应

大跨越输电塔在线路断线作用下的动力响应梁政平;李黎;王乘;夏正春【期刊名称】《土木工程与管理学报》【年(卷),期】2009(026)001【摘要】基于有限元程序ANSYS/LS-DYNA,分别建立以等效弹簧代替塔对线路作用的导线、地线模型和以等效弹簧代替线路对输电塔作用的直线塔模型.利用显式积分法对导线和地线的断线进行动力有限元仿真分析,并将悬垂点的纵线向支座动反力施加在直线塔上,分析导线、地线断线对直线塔的动力作用.该方法既考虑了塔和线的耦联作用,又避免了,建立复杂的塔-线体系模型.研究表明,地线断线对输电塔的冲击作用较小,导线断线对输电塔的冲击作用较大.【总页数】5页(P42-46)【作者】梁政平;李黎;王乘;夏正春【作者单位】华中科技大学,土木工程与力学学院;华中科技大学,控制结构湖北省重点实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,土木工程与力学学院;华中科技大学,控制结构湖北省重点实验室,湖北,武汉,430074;华中科技大学,水电与数字化工程学院,湖北,武汉,430074;华中科技大学,土木工程与力学学院;华中科技大学,控制结构湖北省重点实验室,湖北,武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TU311.3【相关文献】1.输电塔-线体系在断线作用下的动力响应 [J], 谭庆;程华;王仲刚;李艳峰;刘世峰2.输电塔在线路断线作用下的动力响应 [J], 夏正春;李黎;梁政平;段松涛3.输电塔在断线荷载下的动力响应 [J], 徐乾;简政;胡丰;刘晨4.风荷载作用下大跨越输电塔动力响应分析 [J], 刘海锐;陈池;段洪波;王杭杭5.超高压输电塔在覆冰断线作用下的动力响应 [J], 刘锐鹏;颜天佑;张耿斌;许志华;徐辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。