基于模型试验的输电塔及塔线体系动力特性研究

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高压输电塔属于高耸、柔性结构,具有较强的几何非线性,对地震、风以及导线覆冰等环境荷载比较敏感。针对在风荷载作用以及导线覆冰作用下输电塔线体系的动力响应考虑不足,导致输电塔线体系在风荷载及冰雪荷载作用下的动力失稳破坏事故时有发生,造成了巨大的经济损失;同时,由于对输电塔的安全监测和健康评估还没有成熟的规范,也不能通过可靠的健康监测手段来预测事故的发生。   本文以某500KV超高压大跨越输电塔为工程背景,基于输电塔模型模态特性,研究多工况下输电塔及塔线体系的动力特性。本文的研究内容及成果主要包括:   1)对输电塔模型进行模态试验,得到其模态参数,包括频率、振型以及阻尼等;对输电塔模型进行有限元建模,基于输电塔模型试验得到的模态参数对其进行有限元模型修正,使其满足有限元数值模拟分析的要求。   2)使用不同线密度的铁链模拟输电导线,对输电塔模型进行塔线体系模态试验,得到各个线密度工况下输电塔线体系的动力特性及其模态参数的变化规律。通过有限元数值模拟对输电塔线体系在其他覆冰工况下动力特性的变化规律进行进一步的研究。研究结果表明:导线覆冰对输电塔线体系的横向一阶弯曲及一阶扭转模态有较大的影响,而对纵向一阶弯曲模态的影响比较小。   3)对输电塔模型进行压载试验,得到在各种压载作用下输电塔模型的动力特性,分析其模态参数的变化规律;通过非线性静力计算方法得到输电塔模型在屈曲失稳时的极限承载力,使用有限元数值模拟分析屈曲失稳对输电塔模型动力特性的影响,并研究其在各个竖向荷载作用下动力特性的变化规律。研究显示:输电塔横向一阶弯曲模态的影响对竖向荷载作用比较敏感,其模态频率的变化也比较显著。   本文以实际工程为背景依托,基于输电塔模型试验,对塔线体系进行了研究,得到了一些结论,可作为输电塔安全监测与评估的理论依据,对基于动力特性的输电塔安全监测方法的研究具有一定的理论和实际应用价值。
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