江阴500kv拉线式输电塔—线体系脉动实测与非线性有限元分析

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1、嚣⋯牵序论生在80年代末提出了塔线体系三个方向的抗震计算简化力学模型㈩；沈阳建工学院的李宏男教授提出了耦合了塔身和输电线三个方向刚度的动力方程，进行了反应谱法的分析，指出输电线对输电塔的自振特性影响很大，不可忽略1411”；而在本文之前的胡宇滨硕：I：采州了李宏男教授的模型，并考虑了绝缘子的作HI．分析了江阴500kV高压输电塔线体系206号自立式塔，指出绝缘子不可忽略ml。上述文献，对输电塔线体系的动力研究起了很人的推动作_E}=

2、。然而限于数值计算条件的限制，做了许多简化，很难得到准确的分析结果。随着有限元理论的不断进步，计算机数值计

3、算能力的不断提高，可以建立非线性索元和桁架单元混合的体系，进行数值计算精确分析体系的动力反应。比较现实的问题是这些考虑了非线性效应的索单元往往形式复杂，难以应用。1．3随机振动与系统识别理论研究现状随机振动理论是数学与工程应用相结合的产物‘。。⋯。上个世纪六十年代国外已经展开这个方面的研究了。随着随机振动理论在各个应用科学领域的发展，产生了系统识别理论，并逐渐成为土木、机械、航空等领域动力问题研究的有力工具⋯【¨1。由于实测技术的发展，分析理论的完善，以及计算机分析能力的提高，环境随机激励实验在土木工程动力研究领域得到了广泛的运用。环境随

4、机激励实验是利用建筑物周围的地脉动、风脉动作为结构输入，在输入较为平坦近似于白噪声、结构各阶模态频率较为稀疏、结构脉动各态历经等假设条件下，测量结构的动力特性。我国学者在上世纪八十年代初开始采用这项技术‘15-171，进行了大量的测试，如京广中心的脉动实验‘”】i”】，深圳地王大厦地脉动实验‘!⋯，中央电视塔脉动实验，金贸大厦脉动实验‘211等，积累了丰富的经验。1．4本文主要研究内容结合对江阴500kV高压输电线路207号拉线式输电塔的脉动实测，本文做了如下的工作：1拉线式输电塔的非线性静力研究本文采用TL(TotalLagrange)

5、格式，推导了显式表达的增量形式的大变形小应变的几何非线性二力杆单元切线刚度矩阵。用此非线性二力杆单元模拟输电塔线体系内包括索在内的各种单元，使体系方程具有统一的刚度矩阵形式。建立了体系的静力增量平衡方程，采用Newton．Raphson迭代的方法求解此增量方程。并编制了相应的程序。结合算例，比较了本文方法计算结果同更为精确的方法的结果，说明采用本文方法不论在求解大位移桁架还是求解非线性索问题都可以获得相当好的精度。按照规范提供的方法，计算了塔线体系自重作用r的变形和内力，以及两个方向(体系横向和纵向)的静力风荷载作H；

6、F的变形和内力，以

7、备同动力分析结果相比较。相关内容详她本文的第二章。3第一章宁论2风荷载模拟本文根据政进的波的叠加法，采Ⅲ了考虑高度修正的达文波特风速谱，编制了脉动风速生成程序。模拟产生了包括14个点的一绸脉动风，并对模拟风速时程曲线做了频谱分析，验证了模拟风的可靠性。相关内容详地本文的第二章。3拉线式输电塔的动力研究本文建立并求解了体系线性无阻尼自由振动方程。埘于求解体系微振动下的频率和振形。分别建立了全量形式的线性动力方程和增量形式的非线性动力方程。全量形式的体系线性动力方程用于求解环境脉动激励下的体系运动反应；增量形式的体系非线性动力方程用于求解强风

8、作用下的体系动力反应。采用Newmark一口法求解了体系的全量线性运动方程，并编制了相应的程序。采用Newmark一口法并结合Newton．Raphson迭代方法求解了体系的增量非线性运动方程，并编制了相应的程序。对江阴500kV输电线路207号拉线塔进行两个方向的强风非线性时程分析。得到强风下输电塔线体系关键点的位移、内力、支座反力等时程曲线。并和等效静力风荷载情况下体系的力学性能进行了全面的对比。对体系做脉动微激励卜的线性时程分析，得到脉动微激励下输电塔线体系的运动特性，并和实测结果做了比较。相关内容详见第三章、第五章。4拉线式输电塔

9、的脉动实测及模态分析本文简要介绍了随机振动理论及系统识别的相关内容，详细的介绍了江阴进行的500kV输电线路207号拉线塔的脉动实验状况。分析了实验结果，得到输电塔实测下的振动特性。相关内容详见第四章。4第二章拉线式输电塔体系的iii}力分析第二章拉线式输电塔体系的静力分析21引言高压输电塔线体系是输电线路中的主干线，是一种极为重要的生命线工程结构。目前的输电塔线体系的设计是先由电气设计选定导线，再将导线作为一种荷载作用在塔架上。简而言之，就是将导线与塔身分离开，从而简化了结构计算。但由此带来的不足却是显而易见的：(1)静力计算时无法获得

10、精确的内力，尤其无法获得导线内力的准确值；(2)动力计算时无法计入导线的耦台振动。且这样的误差随着输电塔跨距的增大而增大。从支撑形式看，输电塔塔身可以分为自立式与拉线式。自立式塔架靠自身的刚度