输电塔连续倒塌数值模拟分析

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输电塔作为供电系统重要的输送给用电设备,在社会、经济与生活中扮演着重要角色。由于输电塔的连续倒塌会导致供电系统的中断,这不仅严重地影响生产建设、生活秩序,而且可能会引发火灾等次生灾害,造成极大的不良影响。目前对输电塔此类生命线工程开展连续倒塌的研究工作尚少,但却是必要而迫切的。关键杆件是结构遭受偶然荷载(或发生意外情况时)时极易发生破坏的杆件。本文以一基跨淮河输电塔为分析对象,对其开展了基于拆除构件法的连续倒塌研究。   本文将Pandey敏感性指标的计算方法与屈曲分析理论相结合进行敏感性分析。该方法将屈曲特征值作为荷载系数用于结构构件敏感性指标计算,再由杆件敏感性指标来确定关键杆件。按照论文采用的计算方法求得了实例工程各杆件敏感性指标的分布,由敏感性指标的大小确定了输电塔的关键杆件。敏感性分析发现,对输电塔塔架结构而言其敏感性指标大致呈下大上小的规律分布,本文建议:(1)结构上部的杆件敏感性指标普遍很小,可不用针对上部杆件进行敏感性分析,以节约分析时间;(2)在确定关键杆件时,宜结合设计经验有针对性的对重要杆件失效的情况进行分析,这样更快速、准确、高效。采用敏感性分析的方法进行关键杆件的判别,能够满足定量的要求,是值得采用的方法。   本文采用结构连续倒塌分析的四种方法(线弹性静力分析、非线性静力分析、线弹性动力分析、非线性动力分析)对实例工程进行了连续倒塌分析。假定关键杆件因意外事件失效而予以拆除,分析时考虑构件失效时的动力效应。同时,本文还对其他位置较为特殊的杆件进行了抽除杆件的连续倒塌分析以进行对比研究。本文由非线性静力分析得到了输电塔塔架结构极限承载能力的荷载位移曲线,验证了敏感性计算方法结合屈曲理论用于计算结构敏感性指标、确定结构关键杆件的正确性。通过对输电塔在既有荷载作用下进行非线性动力分析得到了塑性铰发展变化情况,对输电塔的传力模式有了更深的认识,对连续倒塌的形成机制有了很好的理解。   最后,采用大型通用有限元软件Ansys/Ls dyna对实例工程进行了显式动力分析,通过绘制各种工况下输电塔整体总能量曲线,研究了不同工况下输电塔倒塌过程中总能量的变化情况。由显式动力分析再现了输电塔的倒塌过程,并与非线性动力分析过程中塑性铰的形成过程形成对照,由显式动力分析结果观察到的输电塔倒塌过程与塑性铰的发展过程是大致一致的。
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