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随着社会经济建设的逐步发展,能源问题已经是左右到我国经济稳步发展的主要因素。输电铁塔的覆冰灾害是危害输电系统正常运作的主要因为之一,近年来引起了广大人民的重视,铁塔的安全性研究成为维护国家电网正常运行的重要课题。国内外的覆冰事故研究表明,引起线路过载是覆冰过大的主要危害之一。但覆冰过大并不是让铁塔发生倒塔的单一因为,应当将其他气象因素考虑在覆冰事故的研究里面。近来输电线路覆冰的研究也多半是着重于铁塔的强度、风荷载的作用、导线覆冰的舞动,还有防冰除冰等研究。对于在各种气象条件下的铁塔整体稳定性研究还比较缺乏,而对呼称高度与覆冰厚度、风压三者对铁塔稳定性的影响的研究就更加缺乏。本文在进行覆冰状态下的铁塔稳定性研究里面,除考虑铁塔静态稳定,对铁塔在覆冰荷载与风载等载荷共同作用下进行整体稳定性分析也是一次重要的尝试。本文在前人工作的基础上,使用桁梁混合有限元计算模型,利用大型通用有限元分析软件SAP2000进行有限元分析,以3560ZGu2自立式铁塔塔架为计算实例,进行在覆冰状态下输电铁塔的静态稳定性分析和在不同覆冰厚度与不同风荷载共同作用下的整体稳定性分析。并且考虑了不同呼称高度对输电塔架整体稳定性的影响。为以后的输电铁塔的覆冰稳定分析以及工业应用的研究提供了有参考价值的结果。主要内容如下:
⑴分析覆冰对铁塔倒塔的影响,对覆冰的形式、类型、形成条件和产生的破坏及影响做归纳总结。
⑵对铁塔进行有限元分析,利用SAP2000有限元分析软件根据铁塔的空间结构特点,对铁塔进行桁梁混合的有限元计算模型建模。
⑶针对覆冰荷载,利用SAP2000有限元分析软件对3560ZGu2铁塔进行静态有限元分析,进行铁塔在覆冰荷载下的稳定性研究。
⑷利用SAP2000有限元分析软件对3560ZGu2铁塔进行风荷载与覆冰荷载共同作用下的屈曲分析,研究覆冰厚度一定的情况下风荷载对铁塔整体稳定性的影响,并且求出了不同覆冰厚度下,输电塔失稳的风荷载。
⑸分别对不同呼称高的输电铁塔进行覆冰荷载与风荷载共同作用下的稳定性分析,研究呼称高度对覆冰铁塔整体稳定性的影响。
通过本文发现在只有覆冰作用的情况下,电线覆冰厚度一般偏大才会使铁塔发生失稳。从结果可以判断风压等其他因素所引起的效应对铁塔整体稳定性有很大影响。而通过加入风压和地形等因素的铁塔稳定性分析可以看出风速对自立式铁塔塔架稳定性的影响非常重要。本文还加入呼称高度等影响因素,推断出呼称高度对铁塔稳定性也有一定的影响,呼称高度越高,越容易发生失稳。