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近年，由于輸電線路覆冰和脫冰引起的倒塔事故時有發(fā)生，嚴(yán)重影響輸電線路的安全運(yùn)行。因此，輸電線覆冰和脫冰過程中桿塔的安全性已成為輸電工程中倍受關(guān)注的重要問題之一。
已有文獻(xiàn)在研究輸電線脫冰冰跳高度時，一般忽略桿塔的變形。近年來，關(guān)于輸電塔線體系在脫冰過程中動力響應(yīng)的研究在國內(nèi)引起了廣泛重視。文獻(xiàn)建立了特高壓兩塔三檔有限元分析模型，研究了導(dǎo)線和地線脫冰后的位移和應(yīng)力響應(yīng)，但沒有討論桿塔的變形和應(yīng)力。文獻(xiàn)模擬研究了塔線體系在覆冰載荷作用下的非線性屈曲，得到了不同的覆冰不均勻系數(shù)下桿塔的極限承載能力。文獻(xiàn)利用塔線體系有限元模型模擬了斷線后桿塔的破壞過程。以上研究中，桿塔均采用空間梁模型或桿梁混合模型，沒有考慮桿塔構(gòu)件和連接節(jié)點(diǎn)的細(xì)節(jié)。在桿塔應(yīng)力及強(qiáng)度研究方面，文獻(xiàn)推導(dǎo)了非對稱薄壁梁-柱單元的變形剛度矩陣，考慮了軸向、橫向、扭轉(zhuǎn)變形的耦合，可用以研究輸電桿塔的非線性大變形行為；文獻(xiàn)提出了兩種模擬螺栓滑移的模型，研究了螺栓的滑移對結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響；文獻(xiàn)研究了螺栓滑移對桿塔變形和承載能力的影響；文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)研究了塔腿、支撐桿、冗余桿件的破壞、細(xì)節(jié)設(shè)計以及連接結(jié)構(gòu)破壞、材料缺陷、制造誤差等的影響。文獻(xiàn)針對特高壓鋼管塔，建立了包含塔腿局部模型的整體模型，計算了桿塔在正常90°大風(fēng)工況下的應(yīng)力和變形。尚未見到關(guān)于螺栓預(yù)緊力對桿塔應(yīng)力和強(qiáng)度影響的研究報道。
本文利用ABAQUS有限元軟件建立兩塔三檔的塔線體系模型和危險區(qū)域螺栓聯(lián)接三維實(shí)體模型；計算塔線體系的不同脫冰工況，對計算結(jié)果進(jìn)行分析并提取出危險區(qū)域局部結(jié)構(gòu)模型的載荷條件；計算局部模型在不同脫冰率和不同螺栓預(yù)緊力下的動力響應(yīng)，研究螺栓預(yù)緊力對桿塔安全性的影響。
以某500kV四分裂導(dǎo)線同塔雙回孤立檔為研究對象。該線路包括兩個耐張塔，桿塔型號為 SJ613，高度為 70m。三檔檔距相同，均為 280m。桿塔構(gòu)件材料包括 Q235、Q345、Q420，其楊氏模量為210GPa，泊松比為 0.3，密度為 7800kg/m3。四分裂導(dǎo)線的型號為 LGJ-630/45，地線型號為 GJ80，光纜型號為 OPGW100。導(dǎo)線的初始安裝應(yīng)力為34.8MPa。桿塔上左側(cè)三相導(dǎo)線為 I 回線路(地線下側(cè))，右側(cè)三相導(dǎo)線為 II回線路(光纜下側(cè))。
建立有限元模型時，以導(dǎo)線為索單元，以耐張絕緣子串為桿單元。采用文獻(xiàn)提出的無需迭代的方法確定導(dǎo)線在自重作用下的初始構(gòu)形。導(dǎo)線與絕緣子串之間采用 Beam 連接關(guān)系，絕緣子串與輸電線塔之間采用 Hinge 連接關(guān)系。將模型共劃分為13586 個單元。邊界條件設(shè)置為：桿塔塔腿根部和線路段兩端的導(dǎo)線固定約束。
假設(shè)該線路導(dǎo)線上的覆冰厚度為20mm，覆冰密度為 900kg/m3。采用有限元方法模擬塔線體系在導(dǎo)線脫冰后的動力響應(yīng)，導(dǎo)線脫冰載荷的施加采用等效慣性力方法。分別模擬第2檔各相導(dǎo)線在脫冰率分別為100%、80%、50%時塔線體系的動態(tài)響應(yīng)。
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