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全世界电力的主要来源为水力、火力、风力和核能,这些能源具有很强的地域性或对地理环境要求高,分布极为不均。为满足整个社会对电力资源的需求,平衡各地区能源分配,全世界各国电网都在升级,超高压大跨越输电线路的重要性也日益凸显。据数据统计,全世界造成输电线路毁坏的自然因素中,风灾导致的输电线路瘫痪占大部分且呈现整体上升趋势。随着随着全球气候变化,台风等极端天气频率在不断提高,台风登陆时中心风速也在提高。输电线路在强风的破坏受到社会广泛关注,准确评估输电塔承载力也成了电力系统的一大难题。 目前我国架空输电线路设计规范将输电塔结构设计和输电导地线设计分开计算,忽略塔与线之间的耦合效应。本文以某耐张输电塔为实际工程背景,分别建立单塔有限元模型和输电塔线体系有限元模型,分析了输电线对塔线体系动力特性的影响,说明后文采用输电塔线体系有限元计算和试验的合理性。 由于实际输电塔的构件连接方式处于理想化的刚接或铰接之间,同时存在构件加工和施工安装误差,真实输电塔的关键参数只能通过现场实测来获取。本文采用实测自然环境激励下的输电塔关键节点的加速度响应,利用随机子空间法识别实际输电塔线体系关键参数。 为了尽可能真实模拟实际输电塔线体系的力学性能,本文研究了某耐张输电塔物理参数的灵敏度,并以耐张塔线体系现场实测的动力特性为目标,对塔线体系进行模型修正。 本文基于实际工程情况,将实测台风10min最大平均风速替换原有设计风速,采用规范设计方法计算杆塔静力响应。同时,采用实测台风数据模拟出输电线路风场,将台风荷载施加到输电塔和输电导地线,模拟出台风荷载作用下输电塔线体系动力响应。通过对比两种计算方法,说明了设计方法的不足和输电塔线体系模型动力计算的必要性。 根据模型试验相似理论,综合考虑实际条件,本文设计制作了耐张输电塔1:12的精细缩尺试验模型用以研究输电塔在台风荷载下的承载力特性。本文试验克服了现有试验设备的不足,研发一套针对于输电塔缩尺模型试验的多加载点同步逐级静力加载设备。选择输电线路平面外台风工况,对缩尺实验模型进行了静力加载试验,采集了台风作用下关键节点的位移和应力。通过与有限元计算结果对比,节点位移和应变规律以及整体变形相吻合,验证了有限元计算和试验的可靠性。