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【6h】

输电塔线体系在覆冰和风荷载作用下的动力响应

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世界工业的迅猛发展,对电的需求越来越迫切,输电塔线体系作为电力传输载体的重要生命线工程,决定了供电系统的安全。电压高、跨越距离远、高度高、重量轻、外形细长是现在输电线路的特点和发展趋势。输电线路覆冰振动是危害输电系统正常运作的主要原因之一,它不仅严重地影响人们的生产建设、生活秩序,而且可能引发很多其他的灾害,给人们的生产生活带来极其严重的后果,已经引起了相关方面人士的重视。国内外的覆冰事故研究指出,引起输电线路倒塔破坏的主要原因有输电线路的过载覆冰以及输电线路在风荷载作用下的振动破坏。
　　 输电塔线体系覆冰的研究多半是着重于线路导线覆冰机理、模型,覆冰导线舞动机理以及输电线路防、除冰技术的研究等等。近年来,输电线路覆冰的研究涉及到输电塔覆冰倒塔的原因及危害、导线覆冰的舞动以及风荷载作用下的输电塔线体系的动力响应等。
　　 在前人工作的基础上,本文使用桁梁混合有限元计算模型,利用大型通用有限元分析软件ABAQUS,对ZGU2自立式鼓形直线塔的输电塔线体系进行有限元分析,计算了输电塔架以及输电塔线体系在覆冰状态下的自振频率,以及输电塔线体系在风荷载作用下的动力响应,并且分析了覆冰厚度对输电塔线体系动力响应的影响。为以后输电塔线体系覆冰的振动控制以及工业应用的研究提供了有参考价值的结果。
　　 本论文具体完成的内容如下:
　　 1.综述并分析了覆冰对输电塔线体系倒塔的影响,以及覆冰输电塔线体系倒塔破坏的力学机理；
　　 2.利用ABAQUS有限元分析软件,根据输电塔线体系的空间结构特点,建立了输电塔线体系的桁梁混合有限元模型；
　　 3.借助Matlab软件,根据Davenport谱,利用谐波合成法,模拟了作用在输电塔线体系上的脉动风速时程；
　　 4.利用ABAQUS有限元分析软件,分别计算了ZGU2自立式鼓形直线塔的输电塔线体系在覆冰厚度为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm时的自振频率,并且计算了在没有覆冰情况下输电塔及输电塔线体系的自振频率,得出来体系的振型；
　　 5.分别计算了覆冰厚度为5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm时的输电塔线体系在脉动风荷载作用下的动力响应,得出了前10s位移响应曲线。
　　 根据本章内容的计算和分析,得出了如下结论:
　　 1.对覆冰输电塔线体系的研究应该考虑到塔线的耦合作用,以及风的脉动特性对体系的影响,得出覆冰输电塔线体系倒塔的力学机理；
　　 2.ABAQUS计算出来的输电塔的第一阶自振频率比用经验公式计算出来的第一阶自振频率小了9.8％；塔线的耦合作用使输电塔线体系的自振频率相对输电塔架来说小了一个数量级；
　　 3.输电塔线体系的振动,前十六阶振型都表现为导地线的一次弦振动,导地线的振动顺序为先是位于下层的导线的振动,依次往上,直到地线振动。导地线振动时,先是在XOZ面的一次弦振动,然后是XOY面的一次弦振动。
　　 4.低阶振型时表现为一根导线或地线的振动,高阶振型时表现为一根导线或地线的振动参杂两根或两根以上的导地线在不同平面内的振动,导地线振动时都伴随输电塔架的振动；
　　 5.当仅考虑导地线的覆冰时,输电塔线体系的自振频率呈下降趋势；当同时考虑导地线以及输电塔架的覆冰时,随着覆冰厚度的增加,输电塔线体系的自振频率先增加后呈减小趋势。考虑输电塔架及导地线的覆冰更能反生体系的真实情况；
　　 6.随着覆冰厚度的增加,输电塔架最高位置上440节点和2022号节点的最大位移呈递增趋势,并且位移时程曲线在相同的时间段内,其位移变化的频率呈增加趋势；

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