殷惠君[1]2003年在《大跨越输电线路的风振反应分析与振动控制》文中研究指明大量风振、地震灾害现象表明，输电线路的破坏会导致供电系统的瘫痪，这不仅严重地影响人们的生产建设、生活秩序，而且还会产生重大的次生灾害，给社会和人民的生命财产造成严重的后果。因此，确保风振、地震作用下输电线路的正常工作，已成为电力工程与土木工程界一个重要的研究课题，并引起了国内外有关研究者的极大注意。 在本文中，以岗市—长江500kV输电线路湘江大跨越为工程背景，采用两种不同的模型研究了该工程在风荷载作用下的动力反应，并在输电塔上设置振动控制系统，减小它的风振反应，提高工程的安全性、可靠性。主要工作包括： 1． 多质点模型将输电塔简化为具有多个集中质量的串联多自由度体系，导线简化为多个集中质点，各集中质点之间由刚性杆相连。该模型计算结果与理论解吻合较好，能较准确地反映输电线路的塔线耦联振动效应。本文应用该模型分析输电线路的动力特性，并对模型进行了一些有益的参数分析。 2． 针对输电线系统中的输电线，用有限元法建立了一种索结构模型，可考虑输电线的非线性，并通过算例来检验模型的正确性。同时，为了精确定出输电线的初始位置，采用迭代方法编制了程序，为整个系统的有限元计算提供了精确的初始数据，并研究了输电线的动力特性。对整个输电线系统采用精确的杆—索模型，并考虑绝缘子的作用，使整个模型与实际情况更符合。 3． 采用叁角级数法模拟了作用在整个系统上的脉动风速时程记录，在时域内进行塔线耦联体系的风振反应分析。 4． 以ANSYS软件为开发平台，采用该软件提供的APDL二次开发语言构建了ANSYS输电塔静动力分析系统。 5． 设计出适合输电塔风振反应控制的被动常力单轴摩擦阻尼器。本文通过对常力摩擦阻尼器风振控制的详细的参数研究，分析了各种因素对振动控制效果的影响，得出了一些有价值的结论。本文研究表明，作为一种结构简单、造价低廉的耗能减振装置，摩擦阻尼器可以有效地抑制塔架结构的风振反应。
陈波[2]2003年在《高耸塔架结构振动反应的智能混合控制》文中研究说明包括电视塔和输电塔在内的高耸塔架结构由于其自身的高柔特性，在外荷载作用下振动强烈。电视塔结构往往质量和刚度分布很不均匀，结构鞭梢效应显着。而大跨越输电塔结构也由于结构刚度和阻尼较小，以及塔线耦联振动的影响，其动力反应同样较为显着。因此，采取有效的措施减小高耸塔架结构的动力反应以确保其安全性，是一个亟待解决的问题。本文以合肥电视塔和湘江输电塔为研究背景，对被动及智能半主动阻尼器用于高耸塔架结构的风振及地震反应控制进行了系统的研究。 本文采用不同单元分别建立了电视塔结构的梁系和杆系叁维空间有限元模型，并进行了电视塔的动力特性分析并比较了两种叁维模型的差异。在此基础上，基于几个基本假设由叁维模型缩聚形成二维串联多自由度动力模型。本文利用随机振动理论模拟了电视塔结构的顺风向脉动风荷载，并进行了风振反应分析。同时，讨论了地震波输入和处理的有关问题，并进行了结构的地震反应分析。 本文对导线动力分析的多质点模型进行了系统研究，结合工程实际分析了其计算结果并进行了相应的参数分析。本文基于大型有限元分析软件ANSYS进行二次开发，构建了输电塔线体系力学分析的APDL模块，应用该模块建立了输电塔的叁维空间有限元模型并进行了动力特性分析。在此基础上模拟了结构多维脉动风荷载，进行了塔线耦联体系的动力特性分析以及风振反应和地震反应分析。 本文研究了被动摩擦阻尼器的力学模型，提出了基于滑移量的摩擦阻尼单元力——变形关系，并设计了适用于高耸塔架结构振动控制的摩擦阻尼器。本文结合当前半主动阻尼器和智能材料的最新研究进展，详细讨论了两类智能半主动阻尼器的构造和特点。设计了压电陶瓷智能摩擦阻尼器装置，推导了压电材料参数、外加电场以及阻尼器参数与摩擦起滑力的关系。此外还结合实验结果详细介绍了MR阻尼器修正的Bingham模型。 本文对被动及智能半主动阻尼器用于高耸塔架结构风振和地震反应控制进行了较为系统的研究。本文通过对叁种阻尼器的风振和地震反应控制的详细的参数研究，分析了各种因素对振动控制效果的影响，得出了一些有价值的结论。在半主动控制策略方面，本文提出了基于局部反馈的固定增量控制控制策略和基于智能控制理论的模糊半主动控制策略，并将它们用于高耸塔架结构的振动控制。本文研究表明，采用这两种控制策略的智能阻尼器均能有效地减小塔架结构的地震及风振反应，并且减振效果对外荷载强度的变化不敏感。参数分析表明，半主动控制策略的参数对减振效果有显着的影响，合理的参数选择是智能阻尼器取得良好减振效果所必需的。 本文结合王家滩江汉大跨越输电塔抗风控制的工程实际，提出了设置粘弹性阻尼器的输电塔结构抗风分析的实用方法，从而使设置粘弹性阻尼器的输电塔结构的抗风设计可以在我国设计规程的基础上进行。
张鹏[3]2016年在《基于非线性摆的输电塔结构减震研究》文中认为输电塔-线体系是高压、特高压输电工程的物理载体,是重要的生命线工程,在我国经济建设中起着重要的作用。输电塔-线体系是一种高耸柔性结构,在地震和风等动力荷载作用下响应剧烈,甚至出现倒塌。因此,采用有效手段降低输电塔结构的动力响应,进而提高其可靠度和安全性具有重要的研究意义和经济价值。目前,被动吸振技术以其形式简单、安装方便的特点在建筑结构中得到了大量应用。本文以吸振技术作为减震手段,研究其对于输电塔-线体系的减震作用。通过引入内共振和碰撞来提高其吸振和耗能能力；通过引入“输电塔-阻尼器”系统的H∞范数为优化目标函数,实现“结构一阻尼器”系统的一体化设计。具体工作如下：(1)提出弹簧摆吸振器,并研究其对于输电塔-线体系的减震效果。首先,通过拉格朗日方程推导了弹簧摆的运动方程,并通过谐波平衡法推导了弹簧摆的内共振条件。利用MATLAB程序对弹簧摆进行模拟,通过弹簧摆在初始位移下的轨迹解释了内共振现象。以单自由度结构为例,推导了结构受弹簧摆控制时的运动方程,并阐明了弹簧摆的吸振减震机理。选取了一个实际输电塔,设计了具有相同质量比的弹簧摆和悬挂质量摆,并选取叁条地震时程作为输入,比较了输电塔-线体系在无控制、受悬挂质量摆控制和受弹簧摆控制时的动力响应。研究结果表明悬挂质量摆和弹簧摆均能够有效降低输电塔-线动力响应,且弹簧摆的减震效果优于悬挂质量摆。(2)提出碰撞摆阻尼器,并应用于输电塔-线体系减震。从结构上看,碰撞摆通过在传统的悬挂质量摆阻尼器上增设限位装置来引入碰撞,通过悬挂质量与限位装置的碰撞来增加阻尼器的耗能能力。由于引入碰撞,碰撞摆具有更强的耗能能力和更好的鲁棒性。本研究首先通过粘弹性材料的碰撞实验确定了合适的碰撞力模型和模型参数。然后建立了输电塔-线体系受碰撞摆控制的方程,并以某实际输电塔为例,对比了碰撞摆和传统悬挂质量摆的减震效果。以白噪声作为激励,分析了碰撞摆间隙、质量比、频率比对减震效果的影响。进行了粘弹性材料的多次撞击实验,研究多次撞击后粘弹性材料的碰撞性能,并通过仿真分析模拟了多次撞击后碰撞摆的减震效果。(3)提出“输电塔-吸振器”系统的一体化设计方法。该方法以输电塔-吸振器系统的H∞范数作为适应度函数,以塔架的角钢截面选型作为自变量,通过遗传算法进行优化使得系统的H∞范数达到最小。在计算H∞范数时,用串联多质点模型模拟塔架结构以简化计算。为保证优化结果满足静力工况且不增加用钢量,引入惩罚函数来调整个体的适应度。以一个实际输电塔结构为例进行优化计算,结果表明,一体化设计进一步降低了输电塔的地震响应,同时能保证结构满足静力工况且总质量不超过原设计的用钢量。本方法不需要求解时域响应,计算效率较高。
周慧君[4]2006年在《大跨越输电塔抗风可靠性及稳定性能研究》文中研究表明输电塔是一种工程数量巨大而且很重要的高耸结构。作为重要生命线工程的电力设施,输电线系统的破坏会导致供电系统的瘫痪,这不仅严重地影响人们的生产建设、生活秩序,而且可能会引发火灾等次生灾害,给社会和人民生命财产造成严重的后果。大跨越输电塔是一种特殊的高耸结构,具有高度高、跨越距离长、重量轻、外形细长等特点,广泛用于电力传输方面。而大跨越输电塔的特点决定了风荷载是其主要控制荷载。随着需求的提高和技术的进步,输电塔的日益向着更高、更轻、更柔的方向发展,形式也会越来越丰富,使得对风荷载的敏感性进一步增强。 将建的舟山大跨越输电塔线体系,跨越塔高370m,过江段跨度2750m,创下了输电塔高度和跨度两项中国之最。本文以此为工程背景,针对大跨越输电塔线体系,建立了一个精确的梁杆索空间非线性有限元模型,并且采用AR法模拟脉动风速时程样本,在时域内计算了单塔和塔线耦合体系不同风向角的动力响应时程分析,在此基础上运用首次超越理论对塔线耦合整个体系进行了动力可靠度计算,分别对强度可靠性和位移可靠性进行了比较分析。 利用风洞实验所得的体型系数和风振系数对塔线耦合体系进行静力稳定性分析。分别对0度角和90度角静力风荷载作用下,采用增量迭代法对整个体系进行非线性静力稳定计算。对整个跨越塔体系进行的研究,得到了一些对实际工程抗风设计具有参考意义的结论。
尹鹏[5]2009年在《大跨越输电塔—线体系动力特性和风振控制研究》文中研究指明发展特高压输电技术是国家“十一五”期间的重大技术政策，是电力与土木领域赶超世界先进水平的攀登计划，特高压输电线路的建设对我国经济的持续发展将产生重大作用。输电塔-线体系作为特高压输电线路的支撑体，它是由导线、绝缘子和输电塔组成的具有强烈非线性的复杂耦联体系，而大跨越则是特高压输电线路中跨越大江大河的塔-线体系。由于大跨越输电塔是一种高耸柔性结构，对风荷载等动荷载比较敏感，易产生较大的动力响应。对大跨越输电塔-线体系进行振动控制研究是电力工程与土木工程界一个重要的研究课题，既有其重要的理论意义，又有其重要的经济价值。本文的研究主要在大跨越输电塔-线体系的动力特性，风荷载特性和数值模拟，橡胶铅芯阻尼器的研发和布置方法，风振控制，风控效果的敏感性和验证，地震响应等方面开展，希望能给出在工程实际运用时大跨越输电塔的动力特性计算和风振控制方法的合理选择指引。主要工作包括以下方面：(1)研究了大跨越输电塔-线体系进行精细建模的方案，着重分析了对杆件和节点的不同处理对计算分析结果的影响。提出了基于模态识别技术提取大跨越输电塔-线体系中塔架第一周期的方法，归纳了考虑导(地)线及绝缘子的刚度和质量的影响后，大跨越干字型塔和酒杯塔的第一周期近似公式。研究了两种模型(简化导线体系模型与分裂导线模型)中塔架的自振周期和振型之间的差异，证明了可以用简化导线体系模型来代替分裂导线体系模型，进行各种动力响应分析。(2)编制了空间相关的风速场模拟程序WVFS，生成了设计风速下风荷载的时程样本。在精确模拟的基础上，对风场模拟结果进行了误差分析，推导了一个风场样本的均值、相关函数、功率谱函数、根方差等概率统计量的时域估计表达式。将由该风场产生的动位移与按电力设计规程简化计算方法产生的静位移进行了比较，证明了空间相关风速场的数值模拟是合理的。(3)研发了橡胶铅芯阻尼器，介绍了其工作原理和细部构造。通过对橡胶铅芯阻尼器进行性能试验，得到了加载频率、应变幅值和铅芯直径等因素对橡胶铅芯阻尼器性能的影响，对阻尼器的耐久性能进行了说明，推导了阻尼器各个参数的计算公式。研究了阻尼器的位置优化方法，并提出了具体安装方案。设计了实际工程中阻尼器的连接和安装方法，并讨论了阻尼器对主体结构的影响。(4)进行了橡胶铅芯阻尼器控制前后不同风向角的动风下大跨越输电塔-线体系的动力响应计算，分析了各控制点位移和各控制钢管内力的控制效果。研究表明：阻尼器控制后大跨越输电塔-线体系的位移、内力响应均大幅降低；各风向角动风作用下均会引起大跨越输电塔-线体系的横线向和顺线向振动；同时，位移响应的最不利风向角与内力响应的最不利风向角不一定相同；此外，顺风向风荷载调整系数得到有效减少，动力可靠度有所提高。(5)研究了大跨越输电塔-线体系风控效果的敏感性和橡胶铅芯阻尼器的实用性，从橡胶铅芯阻尼器的变形、刚度和阻尼各自的减振效果等方面验证了阻尼器的风控效果。研究表明：塔高和输电线张力均会影响大跨越输电塔-线体系的横线向与顺线向的位移和加速度响应和风控效果。在设计风速下，安装于优化位置的橡胶铅芯阻尼器均能正常工作，其刚度和阻尼对大跨越输电塔-线体系的风控效果均有贡献，阻尼发挥了主导作用。(6)用时程分析方法计算了地震作用下大跨越输电塔-线体系在橡胶铅芯阻尼器控制前后的时程响应。研究表明：地震作用下大跨越输电塔-线体系的位移响应远远小于设计风速下的动风位移响应，在设计工作中应以动风荷载作为输电塔的控制荷载。由于输电塔在地震作用下的位移响应很小，其控制效果相应较小。
郭勇[6]2006年在《大跨越输电塔线体系的风振响应及振动控制研究》文中研究指明大跨越输电塔线体系作为高压电能输送的载体,是重要的生命线工程。与通常的架空线路相比,大跨越塔线体系具有塔体结构高、跨度大的特点,塔体的高柔特性决定了风荷载是其主要动力荷载,而塔线间的相互作用,使这类体系在风载作用下的振动响应十分复杂。 本文以规划中的世界第一高塔—舟山大跨越输电塔为工程背景,建立了塔线耦合体系的空间有限元模型,分别采用梁单元、杆单元、悬链线索单元对输电塔、绝缘子和输电线进行了精确的模拟。同时采用离散刚度法设计制作了塔线体系的气动弹性模型,并在紊流风场中,进行了多个风向角、多个风速下的单塔和塔线体系气弹模型风洞试验。 通过对塔线体系风振响应的时域分析和试验研究,将输电塔的响应分解为共振分量与背景分量,并分别考虑了塔线耦合作用对这两部分分量的影响。针对背景与共振响应各自的特征,进一步提出了塔线体系的简化计算方法:背景分量的计算可以应用准静态假定,采用方差分析法得出;通过建立塔线体系的等效计算模型—悬吊摆系统,使共振分量的计算获得简化。以简化方法为基础,采用频域方法对塔线体系的风振响应进行了计算。通过对计算结果的分析,得出了一些重要的结论,对塔线体系的实际工程设计具有重要的指导意义。 针对塔线体系的动力特性,采用被动耗能装置—粘弹性阻尼器对体系的风振响应进行了振动控制研究,重点讨论了阻尼器的位置优化问题。利用本文提出的改进适应性权重:代间比较权重,并将遗传算法与劣出优入算法相结合,形成了一种多目标优化的混合遗传算法。选取塔线体系脉动位移的H_2和H_∞范数、阻尼器的总量与阻尼器平均耗能作为优化目标函数,得到了阻尼器的优化布置方案,并通过受控体系的气弹模型风洞试验对风振控制效果进行了验证。计算和试验结果均表明,该方案可以取得较好的减振效果,从而为将来塔线体系风振控制系统的实际安装提供了理论依据。
朱斌[7]2011年在《拉线式猫头输电塔线体系风振响应及风振控制研究》文中研究指明高压输电塔线体系遍布全国,是一种应用极广的生命线工程结构。它的安全可靠将直接关系到整个输电线路的安全运行。高压输电塔线体系有着塔体高、跨距大、柔性强的共同特点,此外输电塔线体系的周期较长,较接近于风的卓越周期,对风荷载十分敏感。这种输电塔线体系常常会因为风荷载而造成结构体系严重破坏,从而导致整个供电系统瘫痪,给社会经济带来重大损失。因此,对于输电塔线体系,风荷载是一种极其重要的设计荷载,研究它在风荷载下的结构动力特性响应及其相应的安全性已成为目前研究的热点。而拉线式猫头输电塔线体系由于其特殊的结构,所以具有很强的几何非线性,导致其力学性质更加复杂,目前也很少见到对它在风荷载作用下的结构动力特性响应及其相应的安全性研究。本文首先建立了拉线式猫头输电塔线体系的有限元模型,对它进行模态分析,得到了猫头输电单塔、拉线式猫头输电塔及拉线式猫头输电塔线体系的固有频率及振型,结果表明拉索和输电线均对输电塔线体系整体的固有频率有影响。其次对拉线式猫头输电塔线体系进行了风荷载作用下的动态响应分析,得到其在0°、45°、60°和90°四种不同工况脉动风荷载作用下的位移、速度和加速度响应值。结果表明,在该脉动风荷载作用下,输电塔线体系的振动位移、速度和加速度最大值均过大,需要进行风振控制。接着在介绍耗能减振技术研究应用与发展的基础上,主要介绍了磁流变阻尼器的力学特性及动力学模型,并建立了该磁流变阻尼器修正Bouc-Wen模型的Simulink仿真模型然后进行了力学性能仿真分析。最后,通过模型简化计算方法得到拉线式猫头输电塔线体系侧向和纵向的总体质量矩阵和总体刚度矩阵;并建立了拉线式猫头输电塔线体系各工况Simulink风振仿真模型。在研究结构半主动控制算法及磁流变阻尼器具体安装位置的基础上,选择双态控制和模糊控制两种半主动控制方法对拉线式猫头输电塔线体系使用磁流变阻尼器进行半主动风振控制,并建立相应的输电塔线体系各工况Simulink风振控制仿真模型,对控制效果进行分析对比,为拉线式猫头输电塔线体系的风振控制提出了一个新的思路和实践。
王骞[8]2014年在《风荷载下大跨越输电塔—线体系振动控制分析》文中进行了进一步梳理输电塔-线体系是重要的生命线工程。输电塔-线体系兼有高柔、大跨等特点,具有非常强的几何非线性,对风荷载非常敏感。风荷载是输电塔结构的主要设计荷载,风荷载作用下输电塔结构的风振疲劳和倒塌是输电线路经常发生的破坏形式。对风作用下输电塔-线体系振动控制进行研究具有十分重要的意义。由于脉动风的存在,是大跨越输电-塔线体系产生了与静载作用下截然不同的动力响应。输电塔与输电导线的振动相互影响,使输电塔结构的风致振动更加复杂。本文基于SAP2000非线性时程分析,对济南某大跨越输电塔-线体系进行了风振控制分析。本文的研究工作分为以下几个部分：首先,根据风的基本特性和输电塔-线体系的几何特征,利用谐波迭加法模拟了适合输电塔-线体系动力分析的脉动风速时程。其次,利用SAP2000建立了大跨越输电塔-线体系精细化的叁维有限元模型,并对输电塔进行了动力特性分析。再次,探索了悬挂质量摆和调谐质量阻尼器被动消能装置的作用机理,并在SAP2000中实现了调谐质量阻尼器和悬挂质量摆。分别计算了风荷载作用下两者的减振率,通过对比减振率选择更适合大跨越输电塔-线体系的风振控制方案。最后,对调谐质量阻尼器进行了系统的参数分析。即令调谐质量阻尼器的质量比、频率比、阻尼比等参数在一定区间里变化,分析了相应的减振率变化趋势。通过对比,得出一组相对最优的减震装置参数。
梁峰[9]2006年在《输电塔的风振控制研究》文中研究表明输电塔是一种工程数量巨大而且做枢纽电力导线支架的高耸结构。作为重要生命线工程的电力设施,输电线系统的破坏会导致供电系统的瘫痪,这不仅严重地影响人们的生产建设、生活秩序,而且可能会引发火灾等次生灾害,给社会和人民生命财产造成严重的后果。以晋东南～南阳～荆门1000KV输电线路中最常用输电塔为例,杆塔按耐张塔(呼高35m)-直线塔(呼高56m,猫头塔)-直线塔(呼高56m,猫头塔)-耐张塔(呼高35m),档距按500m-520m-500m布置,为高柔的风敏感结构,有必要对其抗风性能进行分析。本文以此为工程背景,对它的动力特性和风振响应进行了研究,得到了一些对实际工程抗风设计具有参考意义的结论。本文主要进行了以下几方面的工作:1.使用大型通用有限元软件ANSYS针对单塔结构和塔线耦合体系,建立了精确的有限元模型,在计算中考虑了塔-线-绝缘子之间的耦合作用,使整个模型与实际情况更符合。并以在自重和输电线初始内力作用下非线性静力分析的结果作为初始态,对整个体系进行了模态分析,通过模态分析得到单塔和塔线耦合体系的频率和振型等动力特性,并总结出了比较精确的单塔和塔线耦合体系中塔架的第一自振周期T1的经验公式。2.通过对各种阻尼器性能的比选,采用了双层粘弹性材料和铅组合的粘弹铅芯阻尼器进行风振控制。为了不削弱塔杆,将粘弹铅芯阻尼器平行于角钢并联安装于塔杆上,对其具体构造进行了初步地设计。然后根据本工程输电塔的特点,对单塔和塔线耦合体系采用七种方案进行粘弹铅芯阻尼器的布置。3.编制了风速模拟程序,模拟了适用于本工程的横线向脉动风速场。采用时程分析方法,针对七种阻尼器布置方案计算了单塔和塔线耦合体系在模拟的风荷载作用下的风振响应,进行了时域内的控制效果分析。计算结果表明,所设计的控制系统达到了很好的减振效果,为将来的试验和安装提供了较为准确的理论依据。
李春祥, 李锦华, 于志强[10]2009年在《输电塔线体系抗风设计理论与发展》文中研究表明输电塔线体系是国家重要的电力工程设施。显然,它们的安全性直接关系到国家电网运行的可靠性,而风荷载是影响它们安全性的主要因素之一。首先,简要介绍了我国超高压、特高压输电线路的发展前景。接着,从输电塔线体系的分析模型、动力特性、风致动力响应、风致振动控制等几个方面,对输电塔线体系抗风设计理论的发展进行了综述。最后,论文重点阐述了输电塔线体系抗下击暴流风荷载设计的重要性,提出了有待于研究的若干问题。指出了对下击暴流风荷载的研究将为我国建造模拟雷暴风环境的新一代风洞实验室和输电塔线体系的抗下击暴流提供理论基础和设计指导,同时为输电塔线体系的风致振动控制设计与实现提供重要的参考。
参考文献：
[1]. 大跨越输电线路的风振反应分析与振动控制[D]. 殷惠君. 武汉理工大学. 2003
[2]. 高耸塔架结构振动反应的智能混合控制[D]. 陈波. 武汉理工大学. 2003
[3]. 基于非线性摆的输电塔结构减震研究[D]. 张鹏. 大连理工大学. 2016
[4]. 大跨越输电塔抗风可靠性及稳定性能研究[D]. 周慧君. 浙江大学. 2006
[5]. 大跨越输电塔—线体系动力特性和风振控制研究[D]. 尹鹏. 华中科技大学. 2009
[6]. 大跨越输电塔线体系的风振响应及振动控制研究[D]. 郭勇. 浙江大学. 2006
[7]. 拉线式猫头输电塔线体系风振响应及风振控制研究[D]. 朱斌. 苏州大学. 2011
[8]. 风荷载下大跨越输电塔—线体系振动控制分析[D]. 王骞. 山东大学. 2014
[9]. 输电塔的风振控制研究[D]. 梁峰. 华中科技大学. 2006
[10]. 输电塔线体系抗风设计理论与发展[J]. 李春祥, 李锦华, 于志强. 振动与冲击. 2009
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