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  • 鐵塔設計方法應用研究

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    課題名稱:鐵塔設計方法應用研究報告

    起止年限:2010.11-2012.11

    項目簡介

    1.1項目必要性

      大容量和長距離輸電的需求,促進了電網技術的不斷進步和特高壓電網在我國的應運而生。與角鋼塔相比,鋼管塔具有構件風壓小、剛度大、結構簡潔、傳力清晰等優點,能充分發揮材料的承載性能,具有技術和經濟優越性,在我國特高壓輸電線路中得到廣泛應用。

      2000年以前,我國高壓輸電線路以500kV為主,鐵塔以角鋼塔居多,計算模型為空間桁架,使用的軟件無論是道亨還是東北院TTA均基于東北院2000年以前開發的程序,通過試驗驗證,計算模型與實際結構基本符合。但隨著特高壓輸電工程的上馬,桿塔結構尺寸及荷載加大,節點構造復雜,桿件節點剛度極度增加,桿件間的相對剛度亦隨之增加,按傳統的桁架計算模型計算出的結果與試驗結果存在一定偏差。

      由此可見,我們目前所采用的計算模型及計算手段均存在滯后性,其并沒有涵蓋針對特高壓工程特點的分析手段。因此開展特高壓輸電鐵塔計算模型及計算方法的研究,對于確保特高壓工程的安全可靠具有重要的意義,同時將為特高壓鋼管塔的結構設計提供參考和依據,為我院在特高壓輸電領域實現技術積累及儲備。

    1.2研究目標

      針對目前空間桁架模型以及傳統靜力方法在特高壓工程中遇到的諸多局限,升級力學模型,借助非線性有限元的分析手段,使設計精細化程度提高的同時,拓展諸如模態分析分析、大變形分析分析等新的探索方向,是未來特高壓領域的必由之路。為此,本報告結合此次1000kV淮南-上海(皖電東送)特高壓工程,根據有限元計算結果,分析確定適用于特高壓鋼管塔的設計計算模型及配套的計算方法;分析鋼管塔主材長細比與主材應力的關系規律,提出長細比的取值建議;結合國內外鋼結構設計規范及相關標準的對比,探討控制鋼管塔主材局部屈曲失穩的截面徑厚比的限值等問題,從而為特高壓鋼管塔的結構設計提供參考和依據,為我院在特高壓領域提供基礎積累。

    1.3研究內容

      為開展特高壓輸電鐵塔力學模型的應用研究,本課題主要從以下幾方面開展研究:

     ?。?)特高壓輸電鐵塔力學特性的調研

      對目前國內外特高壓輸電鐵塔的試驗及運行情況進行搜集整理,總結目前特高壓鐵塔的力學特點以及試驗、運行過程中暴露出來的諸如結構布置、節點構造等方面的問題,節省研究周期,避免重復研究,為建立特高壓輸電鐵塔力學模型奠定基礎。

     ?。?)特高壓輸電鐵塔計算方法的調研

      通過調研目前國內桿塔結構設計規范及相關配套程序,并結合目前特高壓鐵塔力學模型的力學特點,總結現有規程及配套軟件存在的局限性,提出改進的方向及目標,為將特高壓鐵塔力學模型引向工程實踐提供技術保證。

     ?。?)特高壓鐵塔力學模型的選取

      根據特高壓鐵塔的力學特點,結合現有計算模型存在的局限性,通過對比研究,提出適合特高壓工程的計算模型及軟件。并結合依托的皖電東送項目,從模態分析、靜力計算、非線性計算等方面對模型及軟件進行測試。

     ?。?)特高壓鐵塔計算方法的研究

      在特高壓鐵塔力學模型研究的基礎上,考慮桿端附加彎矩、結構大變形等方面的影響,提出適合特高壓鐵塔力學模型的配套計算方法。以滿足構件選材的要求,為將特高壓鐵塔力學模型引向工程實踐提供技術保證。

     ?。?)基于特高壓力學模型開展風振系數取值研究

      特高壓鐵塔是集高聳結構和空間桿系結構特征于一體的風敏感結構體系,但由于輸電鐵塔結構形式、高度的差異性,造成規范中對鐵塔自振周期的求解并不能適用于所有鐵塔。為此,通過基于特高壓鐵塔力學模型的有限元分析,并對比分析考慮導地線左右后對結構自振特性的影響,確定結構的自振特性,并最終確定結構的風振系數取值。

     ?。?)基于特高壓力學模型開展桿端彎矩二階效應的影響研究

      基于特高壓力學模型,分析桿端附加彎矩主要影響范圍及比例,給出相應的處理方法,并分析鋼管塔主材長細比與主材應力的關系規律,提出長細比的取值建議。

     ?。?)基于特高壓力學模型開展控制鋼管構件局部屈曲的徑厚比取值研究

      基于特高壓力學模型,結合國內外鋼結構設計規范及相關標準的對比,探討控制鋼管塔主材局部屈曲失穩的截面徑厚比的限值,從而為特高壓鋼管塔的結構設計提供參考和依據。

    2020年6月8日 13:25

    科技創新

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