基于優(yōu)化等效方法的輸電塔結(jié)構(gòu)有限元模型修正.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)連續(xù)增長(zhǎng)，能源問題逐漸成為影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素。電力工業(yè)作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)與人民生活的支柱產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其安全性與可靠性受到全社會(huì)的日益關(guān)注。輸電塔、桅桿和電視塔等高聳結(jié)構(gòu)，是一類與人類生命線工程直接相關(guān)的結(jié)構(gòu)型式。由于這類高聳結(jié)構(gòu)具有高和柔的特點(diǎn)，因而通常對(duì)風(fēng)的作用較為敏感。我國(guó)每年都有不少輸電塔會(huì)在臺(tái)風(fēng)或暴風(fēng)雨中倒塌，特別是2008年我國(guó)南方地區(qū)雪災(zāi)造成的大量輸電線塔倒塌事故，給國(guó)家經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)與人民安全造成了巨

2、大影響。因此工程結(jié)構(gòu)仿真分析過程中，建立最接近于實(shí)際輸電塔結(jié)構(gòu)的有限元模型對(duì)于輸電塔結(jié)構(gòu)安全研究有重要作用。
　　 本文按照實(shí)際工程施工圖建立了端部螺栓聯(lián)結(jié)等效為剛接或鉸接時(shí)輸電塔結(jié)構(gòu)有限元模型，模型考慮了輸電導(dǎo)線對(duì)輸電塔的影響，以及幾何大變形與應(yīng)力剛化效應(yīng)。對(duì)兩種情況時(shí)輸電塔塔線體系模型進(jìn)行非線性動(dòng)力分析，由此得到輸電塔不同高度三測(cè)點(diǎn)的時(shí)程響應(yīng)，并對(duì)測(cè)點(diǎn)時(shí)程響應(yīng)進(jìn)行頻譜分析。仿真分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，所建立螺栓聯(lián)結(jié)等效為剛接時(shí)的有

3、限元模型能夠反映輸電塔結(jié)構(gòu)基本特征，螺栓聯(lián)結(jié)等效為鉸按時(shí)模型整體剛度略有降低。
　　 由于輸電塔結(jié)構(gòu)模型誤差主要體現(xiàn)在桿件連接剛度而不是桿件的物理尺寸上，本文提出了以構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接剛度為修正指標(biāo)的修正思路。本文中建立不同管長(zhǎng)時(shí)端部三螺栓聯(lián)結(jié)與端部四螺栓聯(lián)結(jié)精細(xì)實(shí)體有限元模型，以精細(xì)實(shí)體有限元模型與等效簡(jiǎn)化單元模型之間的整體剛度矩陣誤差最小為等效原則，利用優(yōu)化等效方法，得出不同等效長(zhǎng)度時(shí)實(shí)體模型的等效固結(jié)系數(shù)。并且本文采用一簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)

4、，分別建立梁桿單元模型、斜桿橫桿實(shí)體模型與桿單元連接模型、以及不同修正長(zhǎng)度時(shí)斜桿五單元組合模型與梁桿單元連接模型，對(duì)比各模型響應(yīng)，驗(yàn)證利用優(yōu)化等效方法對(duì)模型修正的效果。
　　 本文把端部螺栓聯(lián)結(jié)的桿件劃分為五個(gè)單元，并在此基礎(chǔ)上建立了以等效固結(jié)系數(shù)表示的輸電塔結(jié)構(gòu)有限元修正模型。對(duì)比以上三種輸電塔單塔結(jié)構(gòu)模型自振頻率，并對(duì)輸電塔塔線體系修正模型進(jìn)行非線性動(dòng)力分析，對(duì)比分析三個(gè)輸電塔塔線體系模型測(cè)點(diǎn)時(shí)程響應(yīng)與頻譜圖。根據(jù)本文的研究