高烈度震区输电塔的地震响应研究

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1、第17卷(2015年第9期)电力安全技术Y高烈度震区输电塔的地震响应研究拾峰，周安清(江苏省宏源电力建设监理有限公司，江苏南京210036)[摘要]根据动力学相关理论，采用有限元模型模拟，研完水平向和竖向地震作用下输电塔基底反力以及杆材轴应力的变化规律，结果表明：高烈度震区地震作用下的输电塔基底反力峰值绝对值和杆材轴应力峰值绝对值，其水平向地震作用要明显大于竖向地震作用；同时竖向地震作用下的悬臂构件地震响应也不容忽视。[关键词]输电塔；地震响应；基底反力；有限元分析0引言阵；】为几何刚度矩阵，其中轴向力包含竖向地震的影响；{}为输电塔结构节点

2、相对地面的位移我国大部分输电线路都要穿过高烈度地震区，向量。地震会导致输电塔破坏，产生极其严重的后果。据统计，2008年汶川地震造成l10kV线路倒塌2O2数值模拟分析多基，500kV线路8基和220kV线路2基铁塔损毁。理论研究与震害经验表明：地震时，地面运动某高压线路位于二类场地，抗震设防烈度9是复杂的空间振动，实际地震不仅有水平振动分量，度，电压等级500kV，输电塔2C-ZB22酒杯型，还有竖向振动分量。竖向振动不仅会造成竖向结构呼高36m，根开6m，杆材03Z5，辅助杆材为破坏，还会使水平方向的大跨和悬臂结构产生破坏。Q235，导线

3、LGJ-300／40，地线JLB40-150，档因此，研究高烈度震区输电塔结构在地震作用下的距500m。采用ANSYS软件建立输电线路有限时程响应，具有很大意义。元模型，输电线体系中，铁塔杆材和主斜材采用BEAM188梁单元模拟，辅助杆材采用LINK1801理论分析模型杆单元模拟，绝缘子采用BEAM188梁单元模拟，导(地)线采用LINK10杆(索)单元来模拟，导(地)输电塔在地震作用下，在水平与竖向地震同时线两端铰接。·输入，结构竖向运动独立时，其运动方程为：根据(《电力设施抗震设计规范(GB50260--[MI{Y}+[c】{v／+]{l

4、，}=一{i}vgt)(1)2013)规定：验算电力设施抗震性能时，应至少在式中：[M]为输电塔的质量矩阵；[】为输电2个水平轴方向分别计算水平地震作用；抗震设防塔竖向振动的阻尼矩阵；】为输电塔的刚度矩烈度为8度或9度时，大跨度设施和长悬臂结构应阵；{y}为输电塔结构节点相对地面的位移向量；验算竖向地震作用。当采用动力时程分析法进行抗(f)为地面运动加速度；{}为地震作用向量。震设计时，时程响应的总持续时间不应小于30S，输电塔在地震作用下，水平与竖向地震同时输其中强震动部分不应小于6S；当进行竖向地震作入，结构水平运动与竖向运动耦联，其运动

5、方程为：用的时程分析时，地面运动最大竖向加速度，可{X}+H{X}+(H+])=取最大水平加速度的65％。一{，}()(2)本模型采用EICentro．site，270Deg地震波(如式中：f为输电塔的质量矩阵；【】Ⅳ为结构图1)，加速度峰值取1．4m／s，计算时距为0．02S。水平振动阻尼矩阵；】为输电塔的水平刚度矩本输电塔线体系抗震设防烈度为9度，’且属于长悬一p一Y电力安全技术第l7卷(2015年第9期)_s＼吕毽臂结构，在进行抗震分析时，利用ANSYS软件对ll0O2输电塔进行不同方向地震作5用0下有5限0元5力学0模5拟O，分别进行

6、X向(横线方向)，Y向(纵线方向)及Z向(竖直方向)的时程响应分析。为了便于对比研究分析，分别用工况1(X向)、工况2(Y向)及工况3(Z向)来表示。O510l520253035404550t，s图1ELCentro地震波Z3212322ll1l22∞03∞52∞O2∞5l∞Ol∞50∞5∞Ol∞5l∞O2∞205l0l52O253035404550O∞O∞O如0∞0如OO∞O∞0∞0∞0如3计算结果分析㈣㈣0咖㈣t，S(b)工况23．1基底反力分析利用ANSYS建立有限元模型，分别对输电塔进行不同方向地震作用下的有限元力学模拟分析，其基底反

7、力峰值绝对值如表i所示，工况i基底X向反力时程曲线、工况2基底Y向反力时程曲线及工况3基底Z向反力时程曲线如图2所示。表1不同工况下的基底反力峰值绝对值N05l01520253035404550t，S(C)工况3图2基底反力时程响应由表1数据可知：3．2构件轴应力分析(t)在工况l的条件下(地震波X向激励)，高耸塔架结构的构件效应主要由轴应力产生。基底X向反力最大，Z向反力次之，Y向反力最小；为研究地震作用下输电塔杆件轴应力分布规律，现(2)在工况2的条件下(地震波Y向激励时)，取输电塔塔脚杆材A、塔腿杆材B、塔身中部杆材C、基底Y向反力最大

8、，Z向反力次之，X向反力最小，下曲臂杆材D、上曲臂杆材E、横担杆材F、支架其输电塔Z向反力增大为工况l时的1．194倍；在杆材G等重要部位典型杆件进行地震工况下的构