基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析

以三线两塔直线段输电塔-线体系为工程对象,应用有限元数值模拟,建立了基于概率密度演化的输电塔-线体系抗风可靠性分析方法。首先,应用谱表示-降维方法模拟结构脉动风场,生成风荷载的代表性样本集合。然后,结合概率密度演化理论,分析了输电塔-线体系考虑气弹效应的随机动力反应。最后,应用等价极值思想构建了风荷载作用下输电塔-线体系失效准则,进而对输电塔-线体系的抗风可靠性进行精细化分析。本文结合谱表示-降维方法与概率密度演化理论,实现了仅用较少数量的代表性样本来精细地分析结构的抗风可靠性,为工程实践提供参考。     

基于整体易损性的猫头型输电塔抗倒塌能力分析

作为输电线路的主要组成部分,输电塔结构对地震作用非常敏感。本文以中国输电线路中常采用的猫头型输电塔结构为例,开展了输电塔结构整体抗地震倒塌能力分析。以某一实际单回路3个不同高度的直线塔为研究对象,基于OpenSees平台建立输电塔结构三维有限元模型,定义4个倒塌极限状态依据,选取20条远场地震动记录,采用增量动力分析(IDA)方法,得到4个倒塌极限状态依据下输电塔结构的倒塌点,进一步获得输电塔结构的倒塌易损性曲线及其潜在失效杆件,并评估其在不同水平设计地震作用下的倒塌裕度比。研究结果表明,猫头型输电塔的地震损伤主要集中在塔头位置;随着塔体高度的增高,猫头型输电塔抗地震倒塌能力减弱;猫头型输电塔在巨震作用下存在一定的倒塌风险。     

覆冰输电塔线体系风载荷影响因素分析

输电塔线体系属于强非线性耦联系统,具有高柔度、大跨度、风敏感等特点,对其在风载荷作用下的非线性静态响应分析研究在结构设计和实际线路中具有重要的理论和工程价值.建立了以猫头直线塔为基础的"三线两塔"输电塔线体系耦合有限元模型,考虑结构自重载荷、覆冰载荷、导线张力和风载荷的组合作用下对输电塔线体系进行非线性静力学分析,重点研究了风向角、覆冰风攻角和风速对输电塔线体系静态承载能力的影响,归纳总结了相应的影响规律.     

台风下输电塔风振响应有限元分析及测试试验

输电线路塔线体系具有杆塔高、跨距大、柔性强等特点。对极端天气环境激励比较敏感。本文利用自主开发的新型加速度传感器节点,主要对2016年4号台风"妮妲"下的能盘线输电塔进行了实时在线监测。获取了全尺寸输电塔在台风环境下的加速度响应的实测数据,并对数据进行了初步分析。确定了恶劣环境下真型输电塔的试验方法及其可行性。此外,还对比了不同风环境对输电塔振动响应的影响。这对于开展输电塔健康状态监测、安全评估具有一定的参考价值。     

输电铁塔四地脚螺栓塔脚板抗拉承载力试验与计算方法研究

针对架空输电线路铁塔中常用的四地脚螺栓塔脚板进行了抗拉承载力试验和理论计算方法研究。首先,选取8个试件进行塔脚板抗拉承载力试验研究,分析塔脚底板板厚及有无加劲板对塔脚板抗拉承载力的影响;其次,通过有限元模拟塔脚板的应力分布情况,并结合“塑性分析,弹性设计”的思想,提出了一种基于屈服线理论的四地脚螺栓塔脚板抗拉承载力计算公式;最后,与试验结果、有限元仿真结果、已有技术规定中的计算结果进行了对比。结果表明:建议公式与试验结果和仿真结果较为吻合,相关技术规定中的计算结果偏于保守,验证了本文建议公式的精确性;底板厚度和加劲板的作用对塔脚板承载力影响较大。研究结果可为输电铁塔四地脚螺栓塔脚板结构设计提供参考。     

不同类风场雨滴冲击荷载对输变电塔线体系动力响应的影响研究

输变电塔体系遭受风雨耦合作用破坏时常将原因归于风荷载,忽略了雨荷载耦合激励的放大效应。针对某输电线路“一塔两线”体系模型,以数值方法模拟良态风雨场与湿下击暴流场的风雨时程荷载,分别对塔线体系进行动力响应分析,结果表明：降雨对输电塔线体系的响应,具有显著影响,随着雨强变大,塔线体系响应增大明显;在极值降雨条件下,湿下击暴流场塔顶位移增幅最大,在X向和Y向分别达到31.30%和33.93%;两种风雨场中塔顶位移及加速度功率谱密度均出现明显增幅,体系共振响应增强,塔身关键位置主材应力分别增大了11.64%、37.07%;在不同类风场中,强降雨时雨滴冲击对塔线体系产生的激励增大作用不可忽略。     

输电杆塔螺栓连接区域局部结构有限元分析

利用ABAQUS有限元软件建立了500k V同塔双回输电线路塔线耦合体系模型,在不同脱冰率情况下对塔线体系的动力响应进行了数值模拟。分析了杆塔在各脱冰率下的受力情况并结合现场倒塔情况,确定了杆塔危险区域,建立了该危险区域局部结构三维有限元模型。将由塔线体系模型计算得到的危险区域边界的力施加于三维局部模型上,计算了该区域在导线脱冰过程中的应力。模拟研究连接螺栓预紧力不同的情况下危险区域的应力和变形,发现螺栓预紧力减小时杆塔容易破坏,这一结论对输电杆塔的设计和安装具有指导意义。     

高耸格构式塔架风荷载试验研究

按照空气动力弹性相似准则,设计制作了某高压输电线路终端塔全塔气动弹性模型,并按响应相似原则模拟了柔拟了柔性输电导线;在大气边界层风洞中进行了风荷载及风振响应的试验研究,获得了塔架体型系数、风振响应和风振系数等设计数据,并研究了输电导线对塔架风振的影响。     

雷暴冲击风下输电塔风振特性试验研究

基于自主开发的试验装置,在常规边界层风洞中实现了大比例稳态雷暴冲击风剖面的模拟,并以输电塔气弹模型为研究对象,采用非接触式位移测量仪测量模型的风振响应,分析了不同类型雷暴冲击风场下输电塔的平均位移特性,并与常规B类风场下的风振特性进行了对比。试验结果显示,输电塔的风振响应均以两个方向的一阶弯曲振型为主,扭转响应和高阶弯曲响应不显著。随风速增加,不同风场下输电塔位移响应均呈抛物线趋势增大,最大风速处于塔头部位的冲击风场引起的输电塔位移响应明显高于最大风速处于塔身中部冲击风下的响应值,B类风场下的响应介于两类冲击风场间,且不同风场下位移响应间的差距也随风速增加不断增大。     

输电塔-线体系脉动风振耦合分析

为了研究脉动风引起的结构风致响应,以一塔二线输电塔-线体系为对象,模拟了不同风向角下风荷载导致的结构时程响应．以Davenport风速谱为验算目标来模拟脉动风场,在平均风速的基础上施加脉动风动力时程荷载,分析风向角分别为0°、90°和45°时输电塔-线体系的风振时程响应．依据三种工况下结构中的位移及内力分布情况,分析了主要构件的强度及稳定性,并与基于规范得到的结果进行比较．结果表明,当输电塔层数小于6时,按规范方法计算的强度应力均比按单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法计算的强度应力大;当层数大于6时,按规范方法计算的强度应力与按FSI方法计算的强度应力相当;在45°和90°风向角工况下,按规范方法计算的部分层数的强度应力略小于按FSI方法计算的强度应力．考虑到脉动风的随机性大,建议适当增加风振荷载系数,以确保输电塔-线结构体系的强度安全性．     

随机风-浪一体化降维建模及风机结构可靠度研究

基于随机脉动风场和随机波浪力场的谱表示降维模拟方法,采用脉动风速Davenport谱与波浪P-M谱对风、浪谱参数进行一体化构造,并应用相同的基本随机变量来保障风、浪模拟的概率信息一致,实现了随机风-浪一体化降维建模。进一步,基于ANSYS有限元软件建立了近海风机塔架数值计算模型,并以顶点位移为指标,进行了三种工况下结构的动力可靠度分析。数值算例验证了随机风-浪一体化降维建模方法的有效性。结构动力分析结果表明,风荷载对风机塔架顶点位移响应的影响占主导地位,同时波浪荷载的作用亦不可忽略。此外,随机风-浪一体化降维方法生成的代表性样本概率信息完备,可与概率密度演化理论结合实现海工结构在风浪共同作用下的精细化动力响应及可靠度分析。     

Large eddy simulation of droplet dispersion for inhomogeneous turbulent wall flow

A large eddy simulation (LES) coupled with a Lagrangian stochastic model has been applied to the study of droplet dispersion in a turbulent boundary layer. Droplets are tracked in a Lagrangian way. The velocity of the fluid particle along the droplet trajectory is considered to have a large-scale part and a small-scale part given by a modified three-dimensional Langevin model using the filtered subgrid scale (SGS) statistics. An appropriate Lagrangian correlation timescale is considered in order to include the influences of gravity and inertia. Two-way coupling is also taken into account. The inter-droplet collision has been introduced as the main mechanism of secondary breakup. A stochastic model for breakup has been generalized for coalescence simulation, thereby two phenomena, coalescence and breakup are simulated in the framework of a single stochastic model. The parameters of this model, selectively for coalescence and for breakup, are computed dynamically by relating them to the local resolved properties of the dispersed phase compared to the main fluid. The model is validated by comparison with an agglomeration model and with experimental results on secondary breakup. The LES coupled with Lagrangian particle tracking and the model for droplet coalescence and breakup is applied to the study of the atmospheric dispersion of wet cooling tower plumes. The simulations are done for different droplet size distributions and volume fractions. We focused on the influence of these parameters on mean concentration, concentration variance and mass flux profiles.     

某输电线路铁塔覆冰条件下的失效模式分析

建立了覆冰荷载作用下寻找输电铁塔主要失效模式的方法,该方法以覆冰厚度为控制量,可以方便地获得铁塔的主要失效模式及其相应的极限覆冰厚度。分析了南方某既有输电线路铁塔在两种工况下的主要失效模式,指出该类铁塔的薄弱处位于挂导线处、上曲臂以及塔身上部。同时指出如果存在20％不平衡纵向张力,挂导线处及上曲臂的极限覆冰厚度接近于该...     

梁柱简化模型在自立塔塔线体系动态响应中的适用性研究

对输电塔进行合理简化可以提高塔线体系动力学仿真的效率。本文给出自立塔梁柱简化模型的计算方法,并提出利用梁柱简化模型计算方法建立自立塔塔线体系整体模型,同时采用桁梁混合模型建立精细化塔线体系整体模型,对两种模型塔线体系静力特性及振型和固有频率等动力特性进行对比分析。以脱冰工况为例,采用生死单元技术将施加在输电线节点上的集中质量单元杀死来模拟脱冰,实现对塔线体系动力学响应的有限元模拟,研究塔线体系简化模型在动态响应中的适用性。结果表明,两种模型弯曲变形误差小,低阶的振型相同,固有频率值误差小,动力特性基本相同;脱冰工况下,自立塔节点位移和塔材内力时程曲线一致,在提高计算效率的情况下,能有效保证计算精度。     

大型冷却塔的风致振动响应数值分析

风荷载是大型冷却塔建筑设计的主要荷载之一,通过风振时域分析可以全面地了解塔身的风振响应特性。本文探讨了采用线性滤波法中的自回归模型(auto-regressive,AR)模拟大型冷却塔风致振动响应的数值方法。首先根据AR模型,基于随机模拟方法,计算冷却塔表面不同高度的随机脉动风压。通过将随机脉动风压和平均风压作为冷却塔表面的外载,采用有限元分析软件计算某冷却塔的风致振动响应。结果表明,基于随机脉动风荷载模拟的数值计算方法,能正确反映冷却塔塔身的风振响应。该方法特别适用于冷却塔高度超出规范要求的情况下,评估冷却塔的风振响应。     

Elastic cables–rigid body coupled dynamics: asymptotic modeling and analysis

An elastic cables–rigid body coupled model is proposed for investigating dynamic interactions between cables’ nonlinear transversal vibrations and boundary tower’s torsional dynamics, arising in large transmission line–tower systems and suspended cable–bridge tower systems. By introducing a weak torsion assumption and a large moment of inertia for the tower, an asymptotic expansion of cables–tower coupled dynamics is conducted in a weakly nonlinear framework, and a cables–tower reduced coupled model is eventually established. After model’s validations using direct numerical simulations, two distinct kinds of coupled dynamics are fully investigated. The first is that an external torque is applied to the tower and the two cables would both be indirectly excited, asymmetrically, by the torsional/oscillating tower. The two cables’ responses are the same in this case. The second is that only one of the two cables, i.e., the leader cable, is directly excited, and the other cable, i.e., the follower one, is only indirectly excited through cables–tower dynamic interactions. In such kind of leader–follower dynamics, the leader cable is quite different from the follower one. Nonlinear coupled frequency response diagrams for both systems are constructed using numerical continuation algorithms, mainly focused on the coupled steady solutions’ stabilities and bifurcations. Furthermore, the dynamic effects of tower’s moment of inertia, wing span and damping are thoroughly investigated.

     

高台基木结构在交通载荷作用下的振动响应研究

以西安钟楼为研究背景, 建立了钟楼-土层-隧道结构三者共同作用的三维有限元模型, 通过动力有限元分析得到了模拟地铁列车载荷作用下钟楼的振动响应规律; 根据现场全天候监测, 得到了钟楼在地面交通载荷作用下的振动响应; 在此基础上, 利用SRSS方法将二者进行叠加, 从而得到了钟楼木结构在地面和地下交通载荷共同作用下的动力响应, 并根据规范对其进行 了评估, 所得结论为今后相近古建筑在交通振动载荷作用下的响应分析及评估提供 了参考依据.     

整立电杆三点吊最优吊点的研究分析

根据输电线路中杆塔施工的实际工程需要,主要研究分析了整立电杆三点吊最优吊点的确定方法,建立了整体电杆三点吊的数学模型,编制了微机软件,解决了整体电杆三点吊方案设计中的难题。     

某电厂自然通风冷却塔塔群风载荷研究

自然通风冷却塔属高耸的薄壳结构,在风载荷作用下冷却塔顶部的位移可超 过壁厚的数倍,对风载荷极为敏感,特别是在塔群情况下,风速、风压分布和塔间气流十分复 杂. 根据某电厂不规则塔群风洞试验结果,提出塔群条件下自然通风冷却塔设计风荷 载取值的几点意见,可供工程参考.