【摘要】：電力系統(tǒng)的發(fā)展對(duì)輸電塔桿塔的設(shè)計(jì)提出了新的要求,鋁合金材料以其質(zhì)量輕、耐腐蝕性好及無明顯低溫冷脆現(xiàn)象等特性,成為輸電塔建設(shè)的理想材料。由于輸電桿塔倒塌事故頻發(fā),且鋁合金材料彈性模量較鋼材更低,因而鋁合金輸電塔的抗風(fēng)穩(wěn)定問題更為突出。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)鋁合金輸電塔的研究還不夠深入,大多停留在可能性探究的階段�；谝陨媳尘�,本文設(shè)計(jì)了一種鋁合金輸電塔,并探究其風(fēng)荷載下的失效機(jī)理和結(jié)構(gòu)薄弱部位,為實(shí)際工程設(shè)計(jì)提供支持。本文主要開展以下幾方面的內(nèi)容:(1)鋁合金輸電塔的選型針對(duì)輸電塔建設(shè)的環(huán)境條件和電力需求,進(jìn)行鋁合金輸電塔的方案設(shè)計(jì),利用有限元軟件建立模型,通過比較選擇適合于6082 T6鋁合金的輸電塔基本模型。選取了跟開、斜率、斜撐拓?fù)浜蜋M隔布置方式這四種輸電塔的體型控制參數(shù)對(duì)其進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,并將優(yōu)化后塔型與常用鐵塔塔型進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了參數(shù)優(yōu)化的必要性和合理性,為工程設(shè)計(jì)提供參照。(2)L型截面單邊連接鋁合金構(gòu)件穩(wěn)定承載力分析建立適用于鋁合金輸電塔的L型截面單邊連接穩(wěn)定承載力的數(shù)值模擬方法,通過對(duì)比規(guī)范和試驗(yàn)數(shù)值,證明該方法的正確性;針對(duì)現(xiàn)階段輸電線路中幾種常用尺寸的L型截面進(jìn)行參數(shù)分析,采用最小二乘法進(jìn)行曲線擬合,建立了適用于鋁合金輸電塔的L型截面構(gòu)件單邊連接穩(wěn)定承載力的實(shí)用計(jì)算方法。(3)考慮雙非線性的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)失效機(jī)理分析建立優(yōu)化后的鋁合金輸電塔結(jié)構(gòu)模型,并進(jìn)行截面設(shè)計(jì);針對(duì)容易引發(fā)輸電塔倒塌的風(fēng)荷載,進(jìn)行了風(fēng)荷載作用和覆冰條件下的風(fēng)荷載作用兩類不同工況下的穩(wěn)定承載力計(jì)算,并通過參數(shù)分析探究其失效機(jī)理,找出輸電塔的失穩(wěn)規(guī)律和薄弱部位,最終給出針對(duì)鋁合金輸電塔抗風(fēng)穩(wěn)定的設(shè)計(jì)建議。
【圖文】：

而在輸電線路的總投資中，桿塔的建設(shè)要占 40%左右，因此桿塔設(shè)計(jì)是否合理，其運(yùn)輸維護(hù)是否經(jīng)濟(jì)，對(duì)電網(wǎng)的發(fā)展至關(guān)重要。與此同時(shí)，由于輸電線路的不斷擴(kuò)展，從平原向山區(qū)、從溫暖地區(qū)向寒冷地區(qū)，從內(nèi)陸到沿海地區(qū)，環(huán)境的改變也對(duì)輸電塔的建造設(shè)計(jì)提出了更新更高的要求。在當(dāng)下輸電線路的建設(shè)中，我國(guó)部分地區(qū)（例如云貴地區(qū)等）的交通十分不便，導(dǎo)致電力建設(shè)中的設(shè)備和材料運(yùn)輸困難。雖然我國(guó)電力相關(guān)部門已經(jīng)開始致力于電塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以減輕其重量，從而減少輸電線路的建設(shè)費(fèi)用，但效果仍然不是十分顯著。例如通過變換電塔形式的方式，采用了材料用量更省的細(xì)長(zhǎng)型輸電塔結(jié)構(gòu)，雖然結(jié)構(gòu)重量有所減少，但輸電塔結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力作用本就敏感，優(yōu)化后，風(fēng)荷載將對(duì)桿塔的變形和穩(wěn)定性能產(chǎn)生更加不利的影響，從而使得其安全性得不到保障。現(xiàn)今最常使用的自立式輸電塔，多是采用鋼材建設(shè)而成，如 Q235、Q345 等，如圖 1-1 所示。然而，普通鋼材密度較大，因而單位體積的重量較大；且鋼材料金屬性質(zhì)較活潑，在空氣中就很容易銹蝕；而在溫度較低的地區(qū)，鋼材料低溫冷脆問題嚴(yán)重，更加制約了鐵塔的建設(shè)和推廣。因此，現(xiàn)今常用的輸電鐵塔在很大程度上已經(jīng)不能滿足新時(shí)期國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)輸電塔的需求。那么，尋找更加適合輸電桿塔建設(shè)的材料并探索與之匹配的塔型就顯得尤為重要。

由于其獨(dú)特的化學(xué)性能，在表面被腐蝕之后能形成一層致密的保護(hù)膜，因而抗腐蝕性能非常好，且鋁合金材料低溫韌性好，沒有明顯低溫冷脆效應(yīng)。因此鋁合金成為各類建筑的理想材料。近年來，有不少鋁合金建筑已經(jīng)在我國(guó)進(jìn)行建造使用。1997年，國(guó)際體操中心在上海建成，采用橢球體網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)形式，是我國(guó)鋁合金結(jié)構(gòu)在建筑上的較早應(yīng)用，如圖 1-2(a)所示。1999 年，在上海建造了鋁合金的空間球面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的馬戲城，，如圖 1-2(b)所示。兩年后，科技館也在上海落成，采用了單層橢球面鋁合金網(wǎng)殼，不僅結(jié)構(gòu)牢固可靠，而且造型美觀，如圖 1-2(c)所示；同年，上海植物園中也建造了鋁合金網(wǎng)架的植物溫室，采用雙層網(wǎng)殼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大跨度達(dá)到 24m，如圖 1-2(d)所示。a) 上海國(guó)際體操中心 b) 上海馬戲城
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM75;TU395

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本文編號(hào)：2614845