基于断线作用的输电塔—线体系连续倒塌动力效应研究-study on dynamic effect of continuous collapse of transmission tower-line system based on disconnection.docx

摘要随着国民经济快速增长以及各地对电能需求的增加，输电线路的建设发展迅速。但是输电塔塔型较大且受力复杂，导（地）线跨度较大，在大风及严重覆冰等极端天气作用下易发生断线，从而导致输电塔—线体系发生连续倒塌。目前，国内外对建筑结构的抗连续倒塌性能进行了深入的研究，并制定了相关规范，但对输电塔—线体系连续倒塌的研究较少。本文以某500kV高压输电线路为研究对象，研究了导（地）线断线对输电塔—线体系的动力效应。在现有结构抗连续倒塌的分析以及设计方法基础上，阐述了国内外抗连续倒塌相关规范，分析了输电塔—线体系的动力特性，基于隐式算法对断线作用下体系的动力效应进行了模拟，在对杆塔支座反力、主材应力、塔顶最大位移等分析的基础上确定了基于位移控制和内力控制的断线最不利工况。同时，对体系进行了非线性静力和非线性动力分析，确定了输电塔—线体系断线作用下动力放大系数的取值范围。基于输电塔主材应力、斜材应力、塔顶位移等确定了耐张塔主要破坏形式：弯曲破坏和扭转破坏。提出了导（地）线张力衰减系数和杆塔张拉系数，并通过断线后各档导（地）线张力变化和各档总张力变化分析了导（地）线张力衰减的过程。基于导（地）线张力、后续直线塔位移、应力、破坏程度分析了耐张塔破坏对体系的影响程度，结果表明：耐张塔破坏会导致后续直线塔不平衡张力增大，从而发生直线塔破坏甚至连续性倒塌。基于能量法，对体系各组件的应变能、动能进行了时程分析，得出了体系失效是导（地）线应变能和重力势能转化为体系动能和其他组件（输电塔、绝缘子串等）应变能的过程，明确了能量流传递路径。在此基础上对输电塔—线体系的鲁棒性进行了定义，提出了用于评估输电塔及塔—线体系的鲁棒性指标。关键词：输电塔—线体系，动力效应，连续倒塌，能量法，鲁棒性指标ABSTRACTWiththedevelopmentofeconomyandincreasingdemandsforelectricity，moretransmissionlinesarebeingbuilt.Buttransmissontowershavetheirownshotpoints，theforcesonthemarelargeandcomplex,theyhavelargespansandlinescanbeeasilybrokenunderthefunctionsofstrongwindandsevereicing,thatmaycauseprogressivecollapse.Detailedresearchandnormshavebeenmadetoresistprogressivecollapseinthefieldofbuildingstructures,butverylessresearchhasbeendoneinthefieldoftransmissiontower-linesystem.Thedynamiceffectofa550kVhigh-voltagetransmissiontower-linesystemundertheeffectoflinefailisanalyzedinthispaper.Basedonexistinganalysisanddesignmethodsofdifferentcountrys,normsathomeandabroadarelisted.Modalanddynamiccharacteristicsoftransmissiontower-linesystemsareanalyzed.Simulationoftower-linesystem’sdynamiceffectsisdonebasedonimplicitalgorithms,themostunfavorableconditionsofthedisplacementandinternalforcesaredeterminedthroughcomparingshearingforceofthebottom,mainmaterial’sstressoftowersandmaximumdisplacementoftowersunderthedynamiceffectofthetransmissiontower-linesystem.Nonlinearstaticanalysisandnonlineardynamicanalysisofthesystemhavebeendonetodeterminethetransmissiontower-linesystem’sdynamicincreasefactorundertheeffectofrupturedlines’loads.Throughanalyzingmainmaterial’sstress,rampsm