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《輸電塔的風(fēng)振控制-研究》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1緒論1.1研究的目的及意義在我國經(jīng)濟(jì)連續(xù)高速增長的同時,能源問題日益成為經(jīng)濟(jì)與穩(wěn)定持續(xù)發(fā)展的瓶頸。為了適應(yīng)國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的需要,國家電網(wǎng)公司規(guī)劃建設(shè)交流1000kV特高壓電網(wǎng),突破局部區(qū)域電力自我平衡的束縛,在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置電力資源,以促進(jìn)大煤電基地、大水電基地、大核電基地的集約化開發(fā),實(shí)現(xiàn)我國有限能源資源的高效利用和開發(fā)。特高壓交流電網(wǎng)被喻為電力輸送的高速公路,1000kV級特高壓輸電線路是迄今為止世界上最高電壓的交流輸電線路,目前世界上僅俄羅斯和日本擁有1000kV特
2、高壓交流電網(wǎng),但均為短距離輸電,在我國還是空白。我國規(guī)劃擬建的特高壓交流電網(wǎng),屬長距離大容量輸電,具有輸電效率高、損耗低的優(yōu)點(diǎn)。特超高壓工程是我國“十一五”期間最重大的工程之一,舉世注目。它的建設(shè)對我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生重大作用,不容任何閃失。其中輸電塔結(jié)構(gòu)作為特高壓輸電線路的支撐體,一旦破壞會導(dǎo)致整個供電系統(tǒng)的癱瘓,不僅嚴(yán)重影響人們生產(chǎn)建設(shè)、生活秩序,關(guān)系到國際名聲,而且還會產(chǎn)生火災(zāi)等次生災(zāi)害,給社會和人民的生命財產(chǎn)造成嚴(yán)重的后果。輸電塔是一種高聳高柔性結(jié)構(gòu),對動荷載,尤其是風(fēng)荷載比較敏感,易產(chǎn)生較
3、大的靜位移和動力響應(yīng)。在我國,輸電塔系統(tǒng)的破壞情況比較嚴(yán)重,輸電塔被風(fēng)吹倒之事,幾乎每年都有發(fā)生。因此對輸電塔進(jìn)行風(fēng)振控制研究成為電力工程與土木工程界的一個重要研究課題,它既有其重要的理論意義,又有其重要的經(jīng)濟(jì)價值。本課題以晉東南-南陽-荊門1000kV輸電線路工程為研究背景,結(jié)合工程的特點(diǎn),通過三維有限元仿真和風(fēng)速場的數(shù)值模擬,研究了輸電塔的動力特性、風(fēng)致相應(yīng)、提出了相關(guān)的減振措施,可作為我國特高壓輸電塔的建設(shè)和安全運(yùn)營的技術(shù)參考。1.2輸電塔的風(fēng)振響應(yīng)輸電鐵塔在輸電工程中處于極其重要的地位。風(fēng)荷載是
4、鐵塔的主要荷載,結(jié)構(gòu)1華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文應(yīng)力的80%-90%是風(fēng)荷載引起的,特別是在強(qiáng)臺風(fēng)地區(qū),大風(fēng)暴對結(jié)構(gòu)的不利影響以及由于風(fēng)速脈動而產(chǎn)生的風(fēng)振效應(yīng)顯得尤為突出,動力風(fēng)效應(yīng)分析的正確性和精度將關(guān)系到高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理和安全。其中動力風(fēng)荷載的獲取需要通過理論分析和實(shí)驗(yàn)的方法,根據(jù)風(fēng)特性、結(jié)構(gòu)自振特性以及風(fēng)和結(jié)構(gòu)相互作用的氣動性能等三方面的參數(shù)才能加以確定。風(fēng)對輸電塔的作用由于風(fēng)這種自然現(xiàn)象的不確定性及各構(gòu)件間的構(gòu)造關(guān)系、構(gòu)件本身的力學(xué)特性的多樣性而顯得異常復(fù)雜。1961年,Davenport首先將
5、統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念應(yīng)用于工程結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載上,并以統(tǒng)計(jì)學(xué)理論為基礎(chǔ),得到了典型的風(fēng)速譜曲線。Davenport譜被包括我國在內(nèi)的許多規(guī)范使用,比較常用的順風(fēng)向脈動風(fēng)速譜還有Kaimal譜、Simiu譜等。瞬時風(fēng)速一般可分為平均風(fēng)速和脈動風(fēng)速,風(fēng)對建筑結(jié)構(gòu)的作用也表現(xiàn)為順風(fēng)向的平均風(fēng)荷載和脈動風(fēng)荷載,以及橫風(fēng)向由旋渦脫落引起的干擾力。所以高聳結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載應(yīng)包括靜力風(fēng)效應(yīng)和動力風(fēng)效應(yīng)。高聳格構(gòu)式塔架結(jié)構(gòu)的風(fēng)振理論分析方面,大部分的研究集中在順風(fēng)向的抖振分析上,主要的分析方法有基于脈動風(fēng)速譜在頻域中的隨機(jī)分析和時域
6、中的時程分析。從實(shí)用角度看,頻域方法比較直接;時域分析雖然計(jì)算量較大,但比較直觀,不必在結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析中作結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型簡化等大量工作,可以考慮結(jié)構(gòu)的非線性和疲勞問題。在我國規(guī)范的風(fēng)振系數(shù)法中,為方便起見,將結(jié)構(gòu)的動態(tài)作用以等效靜態(tài)放大系數(shù),即風(fēng)振系數(shù)的方法與靜態(tài)作用一并考慮。由于高聳結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是高和柔,除考慮結(jié)構(gòu)的風(fēng)激強(qiáng)迫振動外,還應(yīng)注意因結(jié)構(gòu)本身振動而引起的風(fēng)相對于建筑物的速度方向和大小的改變,及由此而產(chǎn)生的空氣動力阻尼引起的結(jié)構(gòu)自激振動。當(dāng)空氣動力阻尼為負(fù)值,并抵消了結(jié)構(gòu)本身的阻尼力時,由于結(jié)構(gòu)振動
7、產(chǎn)生負(fù)阻尼,結(jié)構(gòu)自激振動的振幅可能會不斷增加(即負(fù)衰減),直至動力失穩(wěn),故必須警惕高聳結(jié)構(gòu)出現(xiàn)自激振動,尤其是馳振的出現(xiàn)。1.1輸電塔體系風(fēng)振控制研究現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)控制的思想,最早起源于上個世紀(jì)50年代,當(dāng)時前蘇聯(lián)在一個100米高的鋼2華中科技大學(xué)碩士學(xué)位論文結(jié)構(gòu)電視塔上安裝了4個擺錘,在一個80米高的鋼煙囪上安裝了8個擺錘,收到了較好的減振效果[1]。1972年,T.P.Ya基于古典和現(xiàn)代控制理論首次提出了結(jié)構(gòu)控制的概念。他指出:應(yīng)用結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)是解決結(jié)構(gòu)工程安全性問題的一個可替代的辦法。為結(jié)構(gòu)控制理論在土
8、木工程中的應(yīng)用指出了光明的前景。近二十多年來,結(jié)構(gòu)控制已發(fā)展成一門新興的交叉學(xué)科,許多學(xué)者在結(jié)構(gòu)控制的方式、計(jì)算理論及試驗(yàn)研究方面進(jìn)行了大量的工作,使結(jié)構(gòu)控制理論得到了長足的發(fā)展,尤其在實(shí)際應(yīng)用中更是取得了令人矚目的成果。在結(jié)構(gòu)控制的研究中,目前美國和日本處于領(lǐng)先地位。有著雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力及良好的科研條件作為基礎(chǔ),美國在結(jié)構(gòu)控制理論和試驗(yàn)研究方面做了大量的工作。日本是一個多強(qiáng)風(fēng)多地震的國家,他們在結(jié)構(gòu)控制方面進(jìn)行了不少研究,特別在結(jié)構(gòu)控制的工