输电塔线耦合体系中杆塔的强度研究

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1、输电塔线耦合体系中杆塔的强度研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：毕承财指导教师：严波教授专业：力学学科门类：工学重庆大学航空航天学院二O一五年五月StudyonStrengthofTowersinMulti-spanTower-lineSystemsAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByBiChengcaiSupervisedbyProf.YanBoSpecialty:MechanicsCo

2、llegeofAerospaceEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要近年，处于冰区的输电线路倒塔等机械事故时有发生，对输电线路的安全运行带来极大的危害。输电线路杆塔的破坏原因已引起业内的广泛关注，也是当前的一个研究热点。覆冰、风荷载、断线和地基沉降等是输电塔线路设计中需要考虑的载荷，可能是引起输电线路杆塔破坏的主要原因。因此，研究输电塔线体系在这些载荷作用下的应力和变形，分析杆塔的强度，对杆塔的设计和改进具有十分重要的工程实用价值。本论文以四川500kV月普双回线典型线路段为研究对象，建立

3、六塔七档塔线耦合体系有限元模型，其中杆塔分别采用了杆梁混合有限元模型和空间梁有限元模型。采用有限元方法计算两种杆塔有限元模型的动力特性，分析比较采用该两种模型时其固有频率和模态的不同。此外，还计算了塔线体系的动力特性，由于该线路为同塔双回线路，且为四分裂导线，其低阶模态均表现为导线和地线的变形。对该塔线耦合体系在7种覆冰以及11种覆冰和风组合工况下进行了静力有限元分析，计算工况包括设计工况和根据实际线路给出的典型工况。重点分析在各种工况下耐张塔和直线塔的应力分布和强度，并比较采用杆梁混合模型和空间梁模型模拟杆塔时杆塔的应力和变形。输电塔线体系中导线或地线的断裂，会在杆塔上产生

4、较大的非平衡力。利用建立的塔线耦合体系有限元模型，模拟研究了13种均匀和非均匀覆冰且断线的情况下，塔线体系的动力响应分析，得到杆塔的应力分布。同时，利用我国输电线路设计规程和IEC标准中关于断线情况的静力分析方法，对耐张杆塔进行静力计算。通过利用塔线体系断线动力动态响应模拟得到的杆塔应力和根据设计规程对杆塔进行静力计算结果的比较，指出按现行设计规程得到的杆塔应力偏小，存在不足。在此基础上，提出对杆塔设计中断线荷载的修正建议。最后，采用有限元方法，模拟研究地基沉降对塔线体系安全性的影响。具体模拟了耐张塔单腿沉降和双腿沉降两类情况下，塔线耦合体系的应力和变形。计算结果表明，随着地

5、基沉降量的增加，导线和杆塔应力和变形随之增大。当杆塔单腿沉降量达到100mm时，杆塔的应力会大幅增加，其最大应力会超过其强度极限。另外，在沉降量相同的情况下，双腿沉降时杆塔的应力比单腿沉降时要小。本论文通过对覆冰、风荷载、断线和地基沉降等多种工况下塔线耦合体系的应力和变形的数值模拟研究，对杆塔的强度进行分析，并对现行设计规程中杆塔设计载荷进行了评估。论文研究成果对输电塔线杆塔设计及其改进具有参考价值和指导意义。I重庆大学硕士学位论文关键词：输电塔线，数值模拟，覆冰断线，动力响应，地基沉降II英文摘要ABSTRACTInrecentyears,mechabicalacciden

6、tliketransmissiontowerfallinginiceareahappenfromtimetotome.Thereasonoftransmissiondamagehascausedextensiveconcenandbecomeahotreaserchtopic.Theyarethemaincauseoftransmissionlinetowerdamageincludingice,wind,conductorrutureandsettlementwhichisconsideredinthedesignoftransmissionline.Therefore,i

7、tisveryimportantfortowerdesignandimprovementthatanalyzestressanddeformationoftowerlinesystemandstrength.ThispapertakesNo.61-No.66actuallinesectionofSichuan500kVYue-Pugeneraldoublecircuitastheresearchobject,byuseoffiniteelementnumericalmethod,firstly,wees