特高压输电塔拓扑优化

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1、中文摘要摘要目前国内正在进行特高压输变电线路试验工程研究，这些输电塔跨越档距大，高度高，单基重量大，造价高，而杆塔的设计直接决定了线路总投资。因此在保证满足设计规范条件下，通过结构优化减少输电塔的用钢量具有十分重要的实际意义和经济价值。本文以汉江大跨越输电工程为工程背景，工程的跨越塔是单基铁塔最高最重和技术难度最大的大跨越工程。通过对该塔的动力拓扑优化，大幅度的减少了该塔的用钢量，具有一定的理论指导和实际工程意义。主要工作包括：针对输电塔线体系建立了精细化的有限元桁架模型，并用谐波合成法模拟了风荷载，根据在模拟风

2、作用下的运动方程采用精细时程积分法求得风振响应，并验证了精细时程积分法满足任意时间步长的精度，为进一步精细化分析输电塔线体系结构的动力响应提供了一种算法。提出了输电塔的优化方法：通过圆管钢截面的内外径的改变实现自动选择最优截面；通过输电塔的根开端节点的移动实现自动选择最优根开值；通过塔身的节点移动与提出的拓扑优化理论相结合，实现自动选择最优塔身节点以及自动选择横隔、斜撑的数量。并用自适应遗传算法实现了寻找最优截面积、寻找最优节点位置、选择塔身节点个数、选择辅材以及横撑的数量的程序设计。通过对截面优化、形状优化、拓

3、扑优化结果的对比分析，说明了拓扑优化方法的可行性与优越性。并对复杂构型优化进行了初步探寻，提出复杂构型优化方法并与拓扑优化相结合，自动选择最优的构型。以精细时程积分法求得的风振响应为约束条件，运用自适应遗传算法对输电塔进行了动力响应约束下的拓扑优化，并考虑截面、形状和拓扑优化的耦合因素，进行遗传算法的统一编码。通过与拟静力约束条件下的拓扑优化结果的对比得出动力约束下的拓扑优化既保证了输电塔结构的安全性，又明显减少输电塔的用钢量。关键词：特高压大跨越输电塔，动力约束下的拓扑优化，精细时程积分法，风振响应，自适应遗传

4、算法英文摘要ABSTRACTNowadays，thestudyonultra—higllvoltagepowertransmissionandtransformationlinestestprojectisbeingdonewidelyindomestic．Thetransmissiontowerswhogetwidespans，largeheightsandheavyweightscostalotinthisproject．Andthewholeinvestmentofthetransmissionlineis

5、mostlydeterminedbythestructuredesignofthetowers．Hence，itisofgreatpracticalityandeconomicaltoreducethecostofsteelbyoptimizingstructure，whichisconditionedbysatisfyingthenationaldesigncriterion．Theprojeet1000kVHanjianglongspantransmissionprojectisresearchedasthe

6、engineeringbackground,andthecrossingtowerinthisprojectisthehighestandtheheaviestinallofthetowersaswellasthemosttechnicalatthesametime．Bythetopologyoptimizationofthiscrossingtowerunderdynamicconstraints，thestructuralweightisobviouslyreducedwhichnotonlyguarante

7、esthesafetyoftheultra-highvoltagetransmissiontowerbutalsomakesaremarkablereductionofitscost．Themainachievemenmrunasfollows．Firstofall，accordingtothetransmissiontower-linesystem，aprecisetrussforanalysisismodeledbyfiniteelementmethod．Andthewindloadissimulatedba

8、sedonharmonicsynthesismethod．Basedonthebalancedequationoftheultra-highvoltagetransmissiontowerforcedbythesimulatedwindload,thevibratoryresponseofthistoweriscalculatedbytheprecisetimeinteg