高压输电塔线体系的地震响应研究.pdf

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报VoI．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011高压输电塔线体系的地震响应研究汪江，陈站，周臻，朱虹(1．安徽省电力科学研究院，安徽合肥230601；2东南大学土木工程学院，江苏南京210096)摘要：高压输电塔的塔线耦合作用显著，抗震分析时需采用三维有限元方法。本文以2E2-SZ2型220kV输电塔为例建立ANSYS三维有限元模型。通过模态分析，得到单塔和塔线体系的振动特征。在横向地震荷载作用下，对输电塔位移、基底反力及主材内力计算分析，讨论了地震作用对输电塔线体系的影响，提出一些有

2、益结论。关键词：输电塔；塔线体系；模态分析；时程分析中图分类号：TU311．3文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0282-03输电塔结构是重要的生命线工程，对地震作在输电塔模型建立过程中，采用了如下简化用十分敏感。高压输电塔的破坏将给人们的生命假定：(1)输电塔模型全部由杆件构成，忽略爬梯财产和社会经济带来不可估量的损失。1999年等辅助设施；(2)忽略杆件之间的实际连接方式，台湾地震中因高压输电塔、线路破坏造成直接和包括法兰连接、焊接和螺栓连接，杆件的计算长度间接经济损失难以估计。因此，对高压输电塔假设为结点间距；(3)忽略地基与基础与塔体的结构进行高精度计算分析势

3、在必行。对于采用有相互作用，不考虑地基和基础对塔的影响；(4)限元分析高压输电塔线体系，学者进行了一定的对于导线和地线，采用抛物线近似悬链线。探索。文献[2]用有限元获得输电塔的动力特建模时，使用梁单元模拟塔体弦杆、横隔杆、性；文献[3]利用梁杆混合体系分析输电塔，采用主腹杆等，以保证其整体刚度和稳定性。使用杆导线等效刚度来考虑导线影响；文献[4]采用梁单元模拟次腹杆，以降低模型局部刚度。导线采杆单元模拟杆塔，采用杆单元模拟导线进行风致用预应力索单元模拟。振动研究。基于以上条件，采用BEAM188单元和LINK建筑物抗震分析通常采用振型分解反应谱8单元建立输电塔有限元模型，采用LINK10建立

4、法，但考虑到高压输电塔塔线耦合的特殊性，简化导线模型。2E2-SZ2型220kV输电塔架总高模型存在一些不足，需进行时程分析对比计58．7ITI，挡距取480m，每相导线为四分裂形式，算J。本文采用ANSYS对输电塔及塔线体系建导线地线跨中垂度为10m，两端悬挂点等高。每模，通过对输电塔结构模态分析和横向地震时程个输电塔底部四节点采用固定约束。最终在AN—分析，比较单塔与塔线体系的振动特征和地震作SYS中建立的三塔两线有限元模型如图1所示。用下的响应，讨论塔线耦合振动对结构的影响。1输电塔ANSYS有限元建模我国现行规范和规程’在计算模型方面仅考虑单塔，不考虑导线、避雷针等作用。在1999年台

5、湾集集地震震灾报告中输电塔灾害的主要原因在于“铁塔设计通常由风荷载控制，地图12E2一SZ2型220kV输电塔线三维模型震荷载常被忽略”的设计思想，我国在输电塔抗震设计方面有待完善。收稿日期：201145-30作者简介：汪江(1975一)，男，安徽安庆人，高级工程师，博士，研究方向为输电塔安全监测技术(jiangw75@163．con1)第3期汪江等：高压输电塔线体系的地震响应研究·283·2模态分析替模态分析是用于确定结构或部件的振动特性，即结构的固有频率和振型，是承受动态荷载结构设计的重要参数J。在ANSYS中提取模态有l+鼹鼹多种方法_l，本文采用BlockLanczos迭代法分析输电塔

6、有限元模型的固有频率和振型。表1给出(a)(b)蘑鼹(C鼹)单塔和塔线体系的前三阶主要振型和频率，表1图3塔线体系振型中没有计入杆件或导线的局部频率。可以发现单塔以纵向(沿导线方向)和横向(垂直导线方向)百鼠具，平动振动为主，两方向上的振动频率非常接近，塔3时程分析线体系中纵向第一阶弯曲振型频率比单塔模型低，主要是由于纵向导线在平面内的质量作用；横选取E1Centro波作用于单塔和塔线体系，其向导线对平面外振动约束较小，因此横向第一阶中塔线体系取中间塔为研究对象。由于单塔和塔弯曲振型频率与单塔相差较小。如图2、3分别为线体系横向一阶弯曲振型频率接近，而纵向一阶单塔和塔线体系振型。弯曲之问相差比

7、较大，为比较二者在横向振动时表1单塔和塔线体系前三阶主要振型和频率的差异，地震波横向输入。同时为避免塔线体系因导线质量增加引起的重力改变对结果产生的影响，时程分析时重力加速度不计入内。输入地震波持续时间为20S，加速度峰值为0．15g。3．1输电塔位移反应图4给出单塔和塔线体系在横向地震荷载作用下顶点位移时程曲线。可以发现单塔塔顶位移经过峰值后位移迅速衰减，而塔线体系则会在经历峰值点位移后维持一段