【摘要】：高壓輸電塔是重要的生命線工程,屬于高聳輕柔結(jié)構(gòu),對(duì)風(fēng)荷載比較敏感,在輸電塔的設(shè)計(jì)中風(fēng)荷載往往起控制作用。以往的分析設(shè)計(jì)通常按基礎(chǔ)固支來(lái)處理,然而多數(shù)情況下地基并不是剛性的,按基礎(chǔ)固支計(jì)算的結(jié)果可能與實(shí)際不符。為了考慮彈性地基對(duì)輸電塔風(fēng)振響應(yīng)的影響,本文對(duì)考慮SSI效應(yīng)的輸電塔線體系進(jìn)行了一系列研究,主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾部分:(1)通過(guò)ANSYS有限元軟件建立輸電塔-線-基礎(chǔ)-地基整體有限元模型,并進(jìn)行了模態(tài)分析以及風(fēng)振響應(yīng)時(shí)程分析。分析表明:考慮塔線耦聯(lián)作用以及地基基礎(chǔ)的影響后輸電塔各階頻率均有不同程度的降低�？紤]SSI效應(yīng)后,軟土地基上采用獨(dú)立基礎(chǔ)的塔線體系塔頂位移響應(yīng)最大值與均方根值均增大6%以上,塔頂加速度響應(yīng)減小幅度較小,塔腳支反力峰值均減小,塔底主桿軸力峰值均增大。當(dāng)?shù)鼗翞橹熊浲粱蛴餐習(xí)r考慮SSI效應(yīng)后塔頂位移及加速度響應(yīng)變化均不明顯,SSI效應(yīng)可以忽略。基礎(chǔ)形式由獨(dú)立基礎(chǔ)改為樁基后,塔頂位移響應(yīng)增大,塔頂加速度響應(yīng)減小,塔腳上拔力峰值減小,塔底主要桿件軸力峰值減小。(2)輸電塔-線-基礎(chǔ)-地基整體有限元模型能夠真實(shí)模擬土與結(jié)構(gòu)相互作用,但需耗費(fèi)巨大的計(jì)算資源。建立了能夠考慮SSI效應(yīng)的輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)分析的兩種簡(jiǎn)化模型,一種是基于ANSYS的簡(jiǎn)化模型一,將地基土用一系列COMBIN14彈簧單元等效,均勻分布于基礎(chǔ)周?chē)?另一種是基于MATLAB的簡(jiǎn)化模型二,輸電線簡(jiǎn)化為垂鏈模型,輸電塔簡(jiǎn)化為集中質(zhì)量模型,地基基礎(chǔ)采用S-R模型。采用兩種簡(jiǎn)化模型進(jìn)行風(fēng)振響應(yīng)分析并與整體有限元模型的響應(yīng)結(jié)果做比較分析。分析表明:對(duì)于塔線體系,簡(jiǎn)化模型一的塔頂位移及加速度響應(yīng)均具有較高的精度,迎風(fēng)面塔腳的上拔力及塔底主桿軸力峰值誤差在10%左右,背風(fēng)面相應(yīng)的響應(yīng)值精度較高;簡(jiǎn)化模型二的塔頂位移響應(yīng)誤差在10%以?xún)?nèi),塔頂加速度響應(yīng)誤差在20%以?xún)?nèi)。兩種簡(jiǎn)化模型在保證計(jì)算精度的同時(shí)大大提高了計(jì)算效率。(3)基于提出的簡(jiǎn)化模型二,對(duì)考慮SSI效應(yīng)的輸電塔線體系風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了參數(shù)分析,分析了考慮SSI效應(yīng)的輸電塔線體系的風(fēng)振響應(yīng)與地基土的剪切波速、基礎(chǔ)尺寸、塔腳間距、輸電塔檔距、風(fēng)荷載大小、塔體剛度之間的關(guān)系。分析表明:隨著剪切波速的增大,塔頂位移響應(yīng)逐漸減小、加速度響應(yīng)逐漸增大。隨著塔體剛度的增大,塔頂位移響應(yīng)隨之減小,但SSI效應(yīng)的影響趨大,塔頂加速度響應(yīng)總體趨勢(shì)是減小。
【圖文】：

圖 1. 1 受臺(tái)風(fēng) 麥莎 影響倒塌的輸電塔Fig.1.1 Transmission tower collapsed due totyphoon "Maisha"圖 1. 2 受臺(tái)風(fēng) 納沙 影響倒塌的輸電塔Fig.1.2 Transmission tower collapsed due totyphoon "Nasha"結(jié)構(gòu)在可變形土上的動(dòng)力響應(yīng)不同于固定基座的動(dòng)力響應(yīng)。當(dāng)考慮土體剛度時(shí)，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量通過(guò)基礎(chǔ)被傳遞到地基土中，地基土再反作用于結(jié)構(gòu)，地基土與結(jié)構(gòu)之間形成了一種耦合機(jī)制。這種復(fù)雜的現(xiàn)象被稱(chēng)為土-結(jié)構(gòu)相互作用（簡(jiǎn)稱(chēng)SSI）。許多學(xué)者對(duì)土-結(jié)構(gòu)相互作用已經(jīng)做過(guò)大量的研究工作，有些國(guó)家已經(jīng)將土與結(jié)構(gòu)相互作用的內(nèi)容列入相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范中(如 1978 年美國(guó) ATC 建筑抗震暫行規(guī)定和中國(guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等)。人們普遍認(rèn)為，地震作用時(shí)，考慮 SSI 效應(yīng)是有利的[3]。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外的大量理論、試驗(yàn)研究均發(fā)現(xiàn)，基于剛性地基假定的結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算不一定都是安全的，故土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響不容忽視[4]。以往對(duì)土-結(jié)構(gòu)相互作用的研究多集中于地震作用分析，在風(fēng)振響應(yīng)分析方面的研究較少。由于風(fēng)振分析的荷載輸入形式與地震的不同、風(fēng)與地震的卓越周期不同、輸電塔線體系與其他結(jié)構(gòu)形式不同等因素，在風(fēng)荷載作用下輸電塔線體系考慮 SSI 效應(yīng)是否會(huì)得出相同的結(jié)論，還需要我們做進(jìn)一步的分析。

圖 1. 1 受臺(tái)風(fēng) 麥莎 影響倒塌的輸電塔Fig.1.1 Transmission tower collapsed due totyphoon "Maisha"圖 1. 2 受臺(tái)風(fēng) 納沙 影響倒塌的輸電塔Fig.1.2 Transmission tower collapsed due totyphoon "Nasha"結(jié)構(gòu)在可變形土上的動(dòng)力響應(yīng)不同于固定基座的動(dòng)力響應(yīng)。當(dāng)考慮土體剛度時(shí)，結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量通過(guò)基礎(chǔ)被傳遞到地基土中，地基土再反作用于結(jié)構(gòu)，地基土與結(jié)構(gòu)之間形成了一種耦合機(jī)制。這種復(fù)雜的現(xiàn)象被稱(chēng)為土-結(jié)構(gòu)相互作用（簡(jiǎn)稱(chēng)SSI）。許多學(xué)者對(duì)土-結(jié)構(gòu)相互作用已經(jīng)做過(guò)大量的研究工作，有些國(guó)家已經(jīng)將土與結(jié)構(gòu)相互作用的內(nèi)容列入相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范中(如 1978 年美國(guó) ATC 建筑抗震暫行規(guī)定和中國(guó)的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等)。人們普遍認(rèn)為，地震作用時(shí)，考慮 SSI 效應(yīng)是有利的[3]。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外的大量理論、試驗(yàn)研究均發(fā)現(xiàn)，基于剛性地基假定的結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算不一定都是安全的，故土-結(jié)構(gòu)動(dòng)力相互作用對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力反應(yīng)的影響不容忽視[4]。以往對(duì)土-結(jié)構(gòu)相互作用的研究多集中于地震作用分析，，在風(fēng)振響應(yīng)分析方面的研究較少。由于風(fēng)振分析的荷載輸入形式與地震的不同、風(fēng)與地震的卓越周期不同、輸電塔線體系與其他結(jié)構(gòu)形式不同等因素，在風(fēng)荷載作用下輸電塔線體系考慮 SSI 效應(yīng)是否會(huì)得出相同的結(jié)論，還需要我們做進(jìn)一步的分析。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TM75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2617682