地震动差动下高压输电塔-线体系的纵向反应

考虑地震波以有限波速传播时所引起的地震行波效应,基于建立的高压输电塔-线体系空间有限元模型,利用在多点输入下考虑几何非线性的动力时程分析法,研究了体系纵向地震作用下的反应特性,并和一致地震动输入下的反应情况进行比较。结果表明:行波输入既可以增加又可以降低输电塔的地震反应,这与行波波速、地震动性质、输电塔档距以及输电塔-线体系中导(地)线的松紧程度有关;行波输入使导(地)线跨中竖向位移增加十分明显,但使导(地)线跨中纵向位移减小,同时行波输入使导(地)线的轴力增加十分明显。由此得出结论:高压输电塔-线体系地震反应受行波波速影响很大,考虑地震行波效应的影响是十分必要的。     

基于土弹簧的桩-土-输电塔抗震性能研究

在传统输电塔抗震分析中,通常假设输电塔固定在地面上,而不考虑土G结构相互作用(SoilG Structure Interaction,SSI)对结构的影响,从而可能导致输电塔抗震性能评估不准确.依托某 1000kV输电铁塔实际工程,对地震动激励下考虑SSI的输电塔进行综合的地震响应、倒塌破坏和倒塌易损性分析.在 ABAQUS中,通过沿桩体设置依据 API规范确定的零长度弹簧模拟土体与桩体间的相互作用,建立考虑SSI的输电塔有限元模型.基于数值模型,开展输电塔动力特性和结构动力响应分析.采用增量动力分析(Incremental Dynamic Analysis,IDA)方法,研究SSI对输电塔倒塌机理和易损性的影响.结果表明:考虑和未考虑SSI的输电塔振型相似,但自振频率相差较大;忽略SSI会低估输电塔的地震响应,同时高估输电塔的抗倒塌能力.因此考虑SSI可以提高输电塔抗震能力,进而确保输电线路的安全性.     

RESPONSE OF TRANSMISSION TOWER SYSTEM TO HORIZONTAL AND ROCKING EARTHQUAKE EXCITATIONS

理论分析和震害经验表明，地震动的转动分量对某些工程结构的影响是重要的。本文提出了高压输电塔－导线耦联体系在水平和摇摆地震动作用下更一般的分析方法，推导出耦联体系的运动方程，给出了数值算例，结果表明，地震动摇摆分量对输电塔耦联体系的影响是重要的。     

输电塔体系在水平和摇摆地震动作用下的反应分析

理论分析和震害经验表明，地震动的转动分量对某些工程结构的影响是重要的。本文提出了高压输电塔－导线耦联体系在水平和摇摆地震动作用下更一般的分析方法，推导出耦联体系的运动方程，给出了数值算例，结果表明，地震动摇摆分量对输电塔耦联体系的影响是重要的。     

角钢高压输电塔疲劳寿命计算与分析

输电塔结构长期受到风、雨等环境荷载作用,常常发生高周疲劳破坏甚至倒塌,但到目前为止该方面的研究还很缺乏。本文以一500kV酒杯型输电塔结构为工程对象,模拟了风荷载时程;通过计算得出结构的危险杆件,利用雨流法统计出应力时程;并基于损伤容限理论和断裂力学理论,计算了输电塔的疲劳寿命。结果表明,结构构件的疲劳破坏对于输电塔整体寿命有重要影响,需要有针对性的防范与加固。     

多维地震激励下考虑构件滞回性能的输电塔倒塌分析

本文基于角钢新型非线性材料本构模型对多维地震激励下输电塔倒塌破坏进行模拟研究。基于ABAQUS中RIKS算法得到不同长细比角钢的屈曲承载力,并通过承载力试验验证有限元分析结果。基于角钢滞回性能试验结果,采用Fortran语言编制角钢新型非线性材料本构模型,并与试验结果对比。建立输电塔三维有限元模型,采用动力显式分析方法,对多维地震激励下输电塔倒塌进行模拟,总结输电塔的极限承载力、杆件屈曲情况和倒塌位置。研究结果可为多维地震激励下输电塔抗倒塌设计提供参考。     

大跨越自立式高压输电塔-电缆体系的简化抗震计算

在地震作用下,大跨越自立式高压输电塔-电缆体系是一种复杂的空间塔-缆耦联振动体系,工程中需要一种合理的抗震计算简图。本文是文献工作的继续,对60KV线路的某输电塔进行了研究,建立了塔-缆耦联振动的力学模型,采用作者编制的TCCV89计算机程序进行了地震反应分析,得到了一些有意义的结果。本文结果可推广到具有n层电缆的输电塔。     

输电塔-线体系简化模型地震作用下的连续性倒塌分析

采用输电塔-线体系的简化模型,利用大型有限元软件ABAQUS对某输电塔进行地震作用下的连续性倒塌分析,研究输电塔的薄弱部位和倒塌全过程。分析结果表明,采用简化模型得到的输电塔薄弱环节和连续性倒塌过程与采用三塔四线模型得到的结果具有较好的一致性,简化模型可用于输电塔-线体系的连续性倒塌分析。     

地震下考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系响应分析

本文研究了考虑桩-土-结构相互作用的输电塔-线体系在地震作用下的响应。根据实际工程,采用ABAQUS有限元软件,建立了考虑桩-土-结构相互作用效应的输电塔-线体系有限元模型。选取不同场地类型下的12条天然地震波,研究了不同地震波激励下考虑桩-土-结构相互作用效应输电塔-线体系动力响应。通过与考虑刚性基础的输电塔-线体系动力响应对比,得到了输电塔的薄弱位置,并提出了基于刚性基础的输电塔抗震放大系数,可为输电塔抗震设计提供参考。     

弹簧摆的内共振原理及其对输电塔的减震作用

输电塔是重要的生命线工程,其在地震灾害下的正常运行对于经济安全和社会稳定具有重大意义。针对输电塔结构,提出利用弹簧摆的内共振特性实现非线性能量阱以减小地震响应。其基本原理是将原悬挂质量摆的的摆线改为弹簧,通过设计弹簧刚度使弹簧摆的振动和摆动模态相耦合,进而提高吸振能力。基于拉格朗日方程推导了弹簧摆的运动方程,验证了引发内共振的条件。以某输电塔为工程背景,输入多条实际地震动验证弹簧摆的控制效果。对比传统悬挂质量摆发现,弹簧摆吸振能力更强,减震效果更佳。通过改变地震输入幅值,讨论了地震强度对减震效果的影响。     

Rapid seismic analysis methodology for in-service wind turbine towers

The wind energy industry has been growing rapidly during the past decades.Along with this growth,engineering problems have gradually emerged in the wind power industry,including those related to the structural reliability of turbine towers.This study proposes a rapid seismic analysis methodology for existing wind turbine tower structures.The method is demonstrated and validated using a case study on a 1.5 MW tubular steel wind turbine tower.Three finite element(FE)models are developed first.Field tests are conducted to obtain the turbine tower's vibrational characteristics.The tests include(1) remotely measuring the tower vibration frequencies using a long range laser Doppler Vibrometer and(2) monitoring the tower structural vibration by mounting accelerometers along the height of the tubular structure.In-situ measurements are used to validate and update the FE models of the wind turbine tower.With the updated FE model that represents the practical structural conditions,seismic analyses are performed to study the structural failure,which is defined by the steel yielding of the tubular tower.This research is anticipated to benefit the management of the increasing number of wind energy converters by providing an understanding of the seismic assessment of existing tubular steel wind turbine towers.     

海上风电工程基础结构抗震性能研究

为了探讨海上风电工程基础与结构体系的抗震性能,采用ANSYS程序建立了三种基础型式的风电塔架结构数值模型,先采用振型分解反应谱法计算了结构的地震响应,进而分别将传统地震动和最不利地震动作为输入地震动,分析了三种基础结构体系的最大地震响应。结果显示:风电结构属典型的长周期结构,基础型式对结构的振动周期影响明显,单立柱桩式结构振动周期最长,八桩承台结构振动周期最短。地震作用下,单立柱桩结构的顶端位移响应也最大;振型反应谱法与传统地震动作用下结构的响应满足现行建筑抗震规范的要求,但最不利地震作用下结构的位移响应偏大,不满足规范对位移的相关规定;组合三桩结构底部基础与结构连接处是应力集中区。海上风电工程结构抗震设计的重要性应引起充分重视。     

Seismic analysis of a tall metal wind turbine support tower with realistic geometric imperfections

The global growth in wind energy suggests that wind farms will increasingly be deployed in seismically active regions, with large arrays of similarly designed structures potentially at risk of simultaneous failure under a major earthquake. Wind turbine support towers are often constructed as thin‐walled metal shell structures, well known for their imperfection sensitivity, and are susceptible to sudden buckling failure under compressive axial loading. This study presents a comprehensive analysis of the seismic response of a 1.5‐MW wind turbine steel support tower modelled as a near‐cylindrical shell structure with realistic axisymmetric weld depression imperfections. A selection of 20 representative earthquake ground motion records, 10 ‘near‐fault’ and 10 ‘far‐field’, was applied and the aggregate seismic response explored using lateral drifts and total plastic energy dissipation during the earthquake as structural demand parameters. The tower was found to exhibit high stiffness, although global collapse may occur soon after the elastic limit is exceeded through the development of a highly unstable plastic hinge under seismic excitations. Realistic imperfections were found to have a significant effect on the intensities of ground accelerations at which damage initiates and on the failure location, but only a small effect on the vibration properties and the response prior to damage. Including vertical accelerations similarly had a limited effect on the elastic response, but potentially shifts the location of the plastic hinge to a more slender and, therefore, weaker part of the tower. The aggregate response was found to be significantly more damaging under near‐fault earthquakes with pulse‐like effects and large vertical accelerations than far‐field earthquakes without these aspects. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

某海底沉管隧道风塔及下部结构抗震性能分析

为研究某海底隧道风塔及下部结构体系在塑性阶段的损伤破坏形态及特点,探讨在多重荷载作用下弹塑性静动力响应对结构的影响,建立了沉管隧道风塔及下部结构的大型三维有限元模型。采用基于能量原理的混凝土塑性及损伤本构模型,借助大型有限元软件ANSYS及ABAQUS分别对结构进行不同地震条件下的动力时程分析,对比分析振型、层间位移角及较为完整的塑性损伤破坏系数曲线。结果表明:不同设防地震下,结构整体性良好,振型及层间位移角满足规范要求;不同罕遇地震下,该结构的混凝土塑性拉压损伤最大时刻均发生在20 s,主要破坏区域在风塔与人防井及下部立柱的接触位置,且拉伸破坏系数明显高于压缩破坏。本文的研究成果可以为类似近海沉管隧道工程抗震设计提供一定的依据与指导。     

地震下双曲线冷却塔的响应分析

借助ANSYS软件建立双曲线冷却塔的有限元分析模型,讨论自重、风荷载和地震作用下冷却塔的力学性能,通过计算、分析探讨塔筒局部开洞对冷却塔整体及洞口局部强度的影响,主要考虑洞口尺寸和开洞高度对冷却塔整体及洞口局部应力分布规律的影响。结果表明:在一定尺寸范围内,开设洞口对冷却塔的整体强度影响较小,但在洞口局部出现明显的应力集中效应;90 m高度处洞口的应力集中效应低于15 m高度处洞口的应力集中效应,但应力集中效应不容忽视。分析结果为冷却塔结构抗震的设计、加固和施工提供了理论依据和实用的参考建议。     

考虑初始倾斜的风机塔近场抗震可靠度分析

为研究初始倾斜对风机塔结构动力可靠度的影响,利用高精度免棱镜全站仪实测某2 MW风力发电塔缩尺模型的初始倾斜缺陷,并通过ABAQUS软件分别建立倾斜以及无倾斜的有限元模型,开展结构在八度多遇近场随机地震动作用下的动力反应分析,随之采用Kriging插值模型结合子集模拟方法,计算两类模型在首次超越破坏准则下的抗震可靠度。研究结果表明：初始倾斜缺陷放大了结构塔顶侧移响应,在均值意义上,初始倾斜缺陷使得该风机塔缩尺模型的塔顶侧移增幅达7.8%;当侧移阈值达到6 mm时,所述两类模型的可靠度均接近于1,当设计阈值超过此数值时,模型初始倾斜带来的不利影响可忽略不计,而当设计阈值不足时,结构安全水准会因初始倾斜的存在而明显降低。因此,在风机塔可靠性设计中,建议对初始倾斜缺陷带来的可靠度下降这一因素加以考虑。     

求解半无限平面动力问题的边界元与有限元耦合模型

本文将Ｎｅｗｍａｒｋ法的时间差分格式的有限元与边界元方程相结合，建立了动力问题的边界元与有限元耦合模型。这种耦合模型在求解时域范围内基础动力响应问题中，可充分发挥有限元求解局域问题和边界元求解无限域问题各自的优点。