输电塔线体系的安全是保证电力供给的关键一环,与我国电力系统建设的高速发展相比,输电塔线体系的分析与设计却明显滞后于现实需求,自然灾害导致的输电塔线体系事故频发。为此,本文通过动力试验与数值模拟的手段,系统研究落石冲击作用下输电塔线体系动力响应的规律,探讨不同冲击参数下构件的局部损伤、塔体响应模式以及塔线耦合振动效应等对输电塔结构抗冲击性能的影响。具体研究内容包括:建立多尺度界面耦合优化方法。通用有限元软件自带耦合方法存在局限性,选取更佳的耦合区域能够在保持精度的同时提高计算的效能。利用虚功平衡原理得出界面边缘单元节点应力与位移的关系,引入形函数确定界面边缘节点等效位移,给出了修正后的多点约束方程,实现宏观单元与精细单元的多尺度连接。开展输电塔线体系冲击动力试验。利用Buckingham-Π定理确定相似关系对选定原型输电塔进行缩尺设计并制作出相应的缩尺试验模型;使用单点拾振法对缩尺模型进行模态试验,确定输电塔模型的基本动力特征;开展了多工况模拟落石冲击试验,分析了落石冲击作用下输电塔的响应模式、冲击角度与冲击方向对结构响应的影响以及振动中输电塔与导线振动的耦合效应,同时为数值模拟提供了实验依据。开展多尺度输电塔模型数值模拟,使用所建立界面耦合约束优化方法建立了输电塔的有限元多尺度模型,通过对比宏观模型与多尺度模型,并结合模态试验结果对模型的准确性与合理性进行了验证;对更为复杂广泛的冲击工况下进行模拟研究,总结落石冲击对输电塔结构作用过程的四个阶段:初始接触阶段、弹塑性压入阶段以及卸荷回弹阶段;通过冲击区域杆件损伤分析表明低冲击能作用下输电塔杆件表现局部塑形;冲击作用增长达到一定值时,各类主要结构响应增长将趋于平缓。