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線路覆冰分層脫落動(dòng)力響應(yīng)的研究*

2017-09-12 05:40杜運(yùn)興盧心龍聶逸悠
關(guān)鍵詞:張力導(dǎo)線動(dòng)力

杜運(yùn)興,盧心龍,聶逸悠

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410082;2.中國(guó)電建地產(chǎn)北京區(qū)域總部,北京 102300)

線路覆冰分層脫落動(dòng)力響應(yīng)的研究*

杜運(yùn)興1?,盧心龍1,聶逸悠2

(1.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院,湖南 長(zhǎng)沙 410082;2.中國(guó)電建地產(chǎn)北京區(qū)域總部,北京 102300)

覆冰線路脫冰方式影響著整個(gè)線路的動(dòng)力響應(yīng).利用數(shù)值試驗(yàn)方法建立了4塔5線有限元耦合模型,覆冰模擬采用附加冰單元法.研究了中跨中部導(dǎo)線外側(cè)的兩層覆冰同時(shí)發(fā)生脫落和兩層覆冰在不同時(shí)刻相繼發(fā)生不同厚度脫落時(shí)體系的動(dòng)力響應(yīng).分析結(jié)果表明,兩層覆冰在不同時(shí)刻相繼發(fā)生脫落比覆冰在同一時(shí)刻一次性全部發(fā)生脫落引起的線路回彈高度、不平衡張力和跨中導(dǎo)線張力的最大值分別減小24%,17%和14%左右.當(dāng)導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)而第2層覆冰發(fā)生脫落時(shí)引起的線路回彈高度最大.無(wú)論兩層覆冰脫落的時(shí)間間隔多長(zhǎng),線路脫冰后最終都具有相同的穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài).當(dāng)最外層覆冰厚度占覆冰總厚度的3/5左右時(shí),分層脫冰對(duì)線路體系的影響最小.對(duì)覆冰分層脫落的研究結(jié)果表明,以往采用覆冰一次性全部脫落假設(shè)得到的線路脫冰荷載取值偏保守,尚有可供優(yōu)化的空間.

輸電線路;脫冰;有限元;動(dòng)力響應(yīng)

線路覆冰時(shí),冰的重量會(huì)導(dǎo)致線路上的支持結(jié)構(gòu)和連接金具豎向負(fù)載增加、導(dǎo)線弧垂增大、同時(shí)導(dǎo)線張力變大.相鄰導(dǎo)線不均勻覆冰或者不同期脫冰時(shí),會(huì)在塔線連接處產(chǎn)生張力差,覆冰的脫落會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線向上跳躍引起相間短路,對(duì)鐵塔產(chǎn)生較強(qiáng)的動(dòng)力沖擊作用.Morgan等[1]通過(guò)釋放固定集中荷載的方式來(lái)模擬覆冰線路的脫冰過(guò)程,獲得了各工況下導(dǎo)線的跳躍高度并推導(dǎo)了脫冰跳躍高度的近似計(jì)算公式;Fekr等[2]采用數(shù)值模擬的方法建立了輸電線路數(shù)值模型,模擬了跨度、高差、覆冰厚度等參數(shù)對(duì)脫冰線路的影響;Kalman等[3]采用有限單元法定義了覆冰的破壞準(zhǔn)則,使用脈沖荷載對(duì)機(jī)械除冰過(guò)程中線路脫冰的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了模擬;Jamale-ddine等[4]建立了兩跨簡(jiǎn)化縮尺的輸電線路實(shí)驗(yàn)?zāi)P停捎眉泻奢d和均布荷載模擬各種脫冰工況,測(cè)量了各工況下導(dǎo)線的最大回彈高度、掛點(diǎn)張力、絕緣子位移和扭轉(zhuǎn)角度;楊風(fēng)利等[5]將四分裂導(dǎo)線簡(jiǎn)化為單根導(dǎo)線,分別研究了間隔棒、脫冰位置和數(shù)量、覆冰厚度、檔距和高差等對(duì)脫冰導(dǎo)線動(dòng)力響應(yīng)抑制效果的影響程度;Laszlo等[6]開(kāi)發(fā)了含間隔棒的各種分裂線路模型以代替以往常用的單一導(dǎo)線模型,考察了分裂導(dǎo)線的子導(dǎo)線發(fā)生脫冰后線路體系的動(dòng)力行為,分析了應(yīng)用間隔棒后脫冰線路的振幅、瞬態(tài)張力、最大跳躍高度和索張力的變化規(guī)律;沈國(guó)輝[7-8]和王昕[9]等人對(duì)塔線體系中導(dǎo)、地線脫冰的現(xiàn)象進(jìn)行了數(shù)值模擬分析,研究了單分裂導(dǎo)線在各種不同覆冰和脫冰組合工況下的不平衡張力變化規(guī)律.

目前,各國(guó)學(xué)者在進(jìn)行導(dǎo)線覆冰脫落的研究時(shí),一般均假定附著在導(dǎo)線上的覆冰在某一時(shí)刻突然全部脫落,然而在大多數(shù)情況下導(dǎo)線外表面的冰并非在某一時(shí)刻全部脫落,線路上的脫冰通常是從線路上的局部位置開(kāi)始,即每隔一段時(shí)間都會(huì)有不同位置的冰從導(dǎo)線外表面脫落,直至導(dǎo)線外表面的覆冰全部從導(dǎo)線上脫落完畢.因而真實(shí)的脫冰方式對(duì)體系的影響有別于以上學(xué)者分析時(shí)的假設(shè).本文以分層脫冰的方式來(lái)模擬局部脫冰,研究分層脫冰對(duì)體系的整體影響.

由于脫冰試驗(yàn)線路受場(chǎng)地條件的限制,且從較小的比例模型上獲得的數(shù)據(jù)并不能直接應(yīng)用于實(shí)際線路的設(shè)計(jì),所以當(dāng)前的研究都傾向于采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行.計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和有限元理論在各研究領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,使得利用非線性有限元法來(lái)模擬線路脫冰振動(dòng)成為一種比較有效的手段,因此,本文選擇采用數(shù)值實(shí)驗(yàn)的方法,通過(guò)搭建塔線體系的耦合模型和簡(jiǎn)化模型,對(duì)線路外表面覆冰分層脫落的現(xiàn)象進(jìn)行了探討和研究.

1 數(shù)值模擬方法

1.1 線路有限元模型

本文中有限元模型所使用的輸電塔型號(hào)為5B-ZBC1酒杯型塔,如圖1所示,具體尺寸參照文獻(xiàn)[10].輸電塔架采用梁?jiǎn)卧纯臻g剛架建模,考慮到導(dǎo)(地)線具有一定的抗扭剛度并承受一定扭矩,因而導(dǎo)(地)線采用忽略剪切變形的梁?jiǎn)卧M,針對(duì)導(dǎo)(地)線抗拉不抗壓的特性,利用MSC.Marc中的亞彈性材料來(lái)定義它的拉壓方向的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線(圖2).當(dāng)應(yīng)變?chǔ)糯笥?時(shí),彈性模量E取導(dǎo)(地)線實(shí)際的彈性模量;應(yīng)變?chǔ)判∮?時(shí),彈性模量E取為0.導(dǎo)線和塔架之間連接使用的絕緣子串,采用Marc中的剛性連接來(lái)模擬(圖3).文中模型使用的導(dǎo)(地)線具體參數(shù)如表1所示.

圖1 5B-ZBC1塔Fig.1 5B-ZBC1 tower

圖2 定義的應(yīng)力應(yīng)變曲線Fig.2 The stress strain curve defined in software

圖3 絕緣子兩端連接示意圖Fig.3 Diagram of ends connection of insulators

型號(hào)彈性模量/GPa直徑/mm單位長(zhǎng)度質(zhì)量/(kg·m-1)計(jì)算拉斷力/kN導(dǎo)線 LGJ-400/356526.821.349103.9地線 JLB40-15010915.750.696790.62

1.2 輸電線路找形分析和應(yīng)力施加

架空線路是柔索結(jié)構(gòu),不能承受壓力、彎矩和剪力,主要靠抗拉性能來(lái)承受外部荷載,會(huì)隨著外力的變化而不斷改變幾何形態(tài),具有極強(qiáng)的幾何非線性.輸電線路找形分析就是確定輸電導(dǎo)線在自重作用下的平衡位置形態(tài)和相應(yīng)的應(yīng)力分布,它是進(jìn)行輸電線路動(dòng)力分析的前提,其結(jié)果的準(zhǔn)確程度直接影響后續(xù)動(dòng)力分析的可靠性.本文采用文獻(xiàn)[11]介紹的輸電線路找形分析方法.為了證明該方法的適用性,采用一個(gè)簡(jiǎn)單的算例進(jìn)行驗(yàn)證:建立一跨440 m的等高懸點(diǎn)架空導(dǎo)線,導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-400/35,垂跨比為3.4%,按照文獻(xiàn)[11]所述方法建立有限元模型,將其劃分為220個(gè)單元.導(dǎo)線在自重作用下各個(gè)節(jié)點(diǎn)的弧垂和應(yīng)力值如表2所示.由表2可知,二者誤差較小,可以滿足要求.

表2 有限元解和理論解對(duì)比

注:誤差=(本文解/理論解-1)×100%.

1.3 阻尼

眾所周知,線路在振動(dòng)過(guò)程中會(huì)受到空氣阻尼的影響,但這一影響在數(shù)值模擬中很難予以準(zhǔn)確考慮.本文為簡(jiǎn)化計(jì)算,采用瑞利阻尼模型,即

C=αM+βK

(1)

式中:C,M,K分別為阻尼、質(zhì)量和剛度矩陣;α和β為瑞利阻尼系數(shù).對(duì)于輸電塔通常取阻尼比為2%,覆冰導(dǎo)線取10%.一般而言β通常很小,為簡(jiǎn)化計(jì)算近似取0[12].

1.4 覆冰及脫冰荷載

假設(shè)冰均勻附著于導(dǎo)(地)線外表面,線路外側(cè)的覆冰采用基于歐拉伯努利梁理論的閉合截面梁?jiǎn)卧M,覆冰單元采用與導(dǎo)(地)線共節(jié)點(diǎn)的方式建立,如圖4所示.進(jìn)行線路自重找形分析時(shí),冰單元處于“殺死”狀態(tài),自重階段找形完成后“激活”冰單元并施加等效覆冰荷載進(jìn)行自重和覆冰狀態(tài)下的找形分析.等效覆冰荷載采用式(2)計(jì)算,進(jìn)行脫冰的動(dòng)力分析時(shí),將外側(cè)的覆冰單元移除即可.

圖4 導(dǎo)線單元和覆冰單元Fig.4 Cable element and ice element in FEM simulation

(2)

式中:q為單位長(zhǎng)度上的覆冰荷載(N/m);d為導(dǎo)線的直徑(mm);b為覆冰厚度(mm);γ為覆冰重度(kN/m3),取8.82 kN/m3.

2 線路脫冰模擬方法準(zhǔn)確性驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文采用附加冰單元法進(jìn)行線路脫冰模擬的準(zhǔn)確性,取以往的脫冰試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析.線路脫冰的實(shí)測(cè)資料較少,而Jamaleddine等[4]于1996年在人工氣候?qū)嶒?yàn)室內(nèi)模擬覆冰脫落測(cè)得的數(shù)據(jù)記錄全面,實(shí)驗(yàn)裝置和過(guò)程描述詳細(xì),易于建立模型進(jìn)行對(duì)比分析.該試驗(yàn)的簡(jiǎn)化模型如圖5所示,模型由兩跨檔距為3.322 m的鋼線組成,弧垂為0.196 m,初始拉力為6.603 N,試驗(yàn)鋼線由直徑為1.78 mm的不銹鋼圓形截面絞接組成,用7根絞線絞織成直徑為4.66 mm的線路,其單位長(zhǎng)度質(zhì)量為0.0926 kg/m.試驗(yàn)采用懸掛質(zhì)量塊的方式模擬覆冰,模擬的覆冰厚度為9.52 mm,脫冰工況為一檔線路全部脫冰.

圖5 試驗(yàn)?zāi)P虵ig.5 Experiment model

在有限元軟件中按照試驗(yàn)尺寸建立模型,每檔劃分100個(gè)單元進(jìn)行脫冰分析.脫冰檔跨中線路位移時(shí)程曲線的有限元和模型試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比如圖6所示(以覆冰平衡狀態(tài)時(shí)的位置為零點(diǎn)).由于數(shù)值模型和試驗(yàn)?zāi)P偷母脖奢d施加方式不同,以及實(shí)際線路的阻尼也很難準(zhǔn)確模擬,所以從圖6中可以看出數(shù)值模型的峰值出現(xiàn)時(shí)間稍微滯后于試驗(yàn)?zāi)P?,但二者的峰值?shù)據(jù)均比較吻合,這表明本文采用附加冰單元法用于模擬脫冰沒(méi)有問(wèn)題.

圖6 試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比Fig.6 Results comparison of test and numerical simulation

3 典型輸電線路覆冰分層脫落動(dòng)力響應(yīng)分析

輸電線路表面的氣候冰,在環(huán)境因素的影響下會(huì)逐漸從線路表面剝離,這一過(guò)程持續(xù)的時(shí)間因周圍環(huán)境的不同而改變.目前,在關(guān)于線路覆冰脫落的研究中均假定覆冰均勻分布于線路外表面,且突然一次性全部脫落.本文在假設(shè)覆冰均勻分布于線路外表面的同時(shí),進(jìn)一步假定線路外表面的覆冰分為兩層,這兩層覆冰的脫落存在時(shí)間間隔Δt.為了探討Δt的變化對(duì)覆冰線路結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響,本文首先建立了一個(gè)不包含輸電塔的3跨等高懸點(diǎn)的簡(jiǎn)化模型,模型檔距為440 m,垂跨比為3.4%,如圖7所示.該模型兩層覆冰總厚度為30 mm(15 mm+15 mm),脫冰只發(fā)生于中跨.當(dāng)中跨只發(fā)生最外層覆冰脫落時(shí),脫冰跨跨中的豎向位移時(shí)程曲線如圖8上半部分所示;當(dāng)最外層覆冰在t1=2.0 s發(fā)生脫落后,第2層覆冰在不同的時(shí)刻t2發(fā)生脫落時(shí),相對(duì)應(yīng)的脫冰跨跨中的最大回彈高度統(tǒng)計(jì)如圖8下半部分所示.

圖7 簡(jiǎn)化模型Fig.7 Simplified model

圖8 回彈高度與Δt關(guān)系圖Fig.8 The relationship of rebound height and Δt

從圖8可以看出,當(dāng)?shù)?層覆冰發(fā)生脫落的時(shí)刻t2發(fā)生在脫冰跨導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)時(shí),脫冰跨中點(diǎn)的導(dǎo)線回彈高度最大;相反跨中導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)至最高點(diǎn)發(fā)生第2層脫冰時(shí),回彈高度最小.因此,當(dāng)把第2層覆冰發(fā)生在圖8上半部分跨中位移時(shí)程曲線的峰谷時(shí)刻的最大回彈高度連接起來(lái)即可得到一條隨著時(shí)間間隔Δt變化的覆冰分層脫落產(chǎn)生的最大回彈高度上限曲線.為獲得這一曲線,本文建立了包含輸電塔在內(nèi)的5跨輸電塔線有限元模型(圖9),檔距為440mm,垂跨比為3.4%.該模型中導(dǎo)(地)線覆冰均為30mm(15mm+15mm),脫冰只發(fā)生在第2跨的中相導(dǎo)線,檔距為440m,導(dǎo)(地)線處絕緣子串長(zhǎng)為4.8m(0.6m).最外層15mm的覆冰在t1=2.0s(前2s為靜力找形分析)時(shí)發(fā)生脫落,第2層覆冰在t2時(shí)刻(圖10中標(biāo)注的t2時(shí)刻)發(fā)生脫落,得到的結(jié)果如表3和圖11—圖15所示(圖中所示的各變量點(diǎn)位置均位于跨中位置).

圖9 塔線體系模型圖Fig.9 Transmission tower-line system

圖10 t2時(shí)刻位置Fig.10 Location of t2

t1t2Δth1[(h1-22.88)/h1]/%h2TN2[(TN2-20.66)/TN2]/%F[(F-90.9)/F]/%2022.880020.66090.907.65.621.89-4.30.820.34-1.588.6-2.513.311.320.78-9.2220.24-2.087.5-3.718.916.920.35-11.13.1320.12-2.686.7-4.624.322.320.28-11.43.3220.07-2.986.4-5.029.927.920.31-11.23.1619.63-5.084.4-7.235.533.519.89-13.13.2419.39-6.183.5-8.141.139.119.82-13.43.3119.36-6.383.6-8.046.944.919.66-14.13.6718.97-8.281.5-10.352.650.618.99-17.04.2518.85-8.880.8-11.158.156.118.62-18.64.7718.84-8.880.9-11.063.661.618.42-19.55.0818.85-8.881.1-10.869.167.118.51-19.15.0518.79-9.180.8-11.174.772.718.54-19.04.9518.61-9.979.9-12.180.478.418.51-19.14.8718.52-10.479.5-12.586.284.218.41-19.54.9818.44-10.779.3-12.8291.989.918.11-20.85.3118.43-10.878.8-13.397.595.517.83-22.15.6318.44-10.778.8-13.310310117.73-22.55.8618.40-10.978.7-12.2108.4106.417.73-22.55.8918.37-11.178.7-12.211411217.81-22.25.7718.30-11.478.3-13.9119.6117.617.78-22.35.7018.26-11.678.2-14.0125.4123.417.76-22.45.7218.25-11.778.1-14.1131.3129.317.66-22.85.8518.15-12.177.8-14.413713517.48-23.66.0318.13-12.277.7-14.5142.5140.517.38-24.06.1818.16-12.177.9-14.3147.8145.817.37-24.16.2418.16-12.177.9-14.3152.5150.517.32-24.36.2718.06-12.677.6-14.615915717.48-23.66.1118.07-12.577.6-14.6164.8162.817.48-23.66.0618.06-12.677.6-14.6170.6168.317.44-23.86.0918.06-12.677.6-14.6176.4174.417.35-24.26.1918.04-12.777.6-14.618218017.26-24.66.3118.05-12.677.6-14.6

注:Δt=t2-t1為兩層覆冰脫落的時(shí)間間隔,單位s;h1為第2層覆冰脫落后脫冰跨跨中最大回彈高度,單位m;h2為t2時(shí)刻脫冰跨跨中導(dǎo)線所處位置,相對(duì)于導(dǎo)線覆冰平衡時(shí)的位置而言,單位m;TN2為最大不平衡張力,圖3中的N2節(jié)點(diǎn)處,單位kN;F為AS跨跨中最大導(dǎo)線張力,單位kN.

圖11 t2與h1Fig.11 t2 and h1

圖11中的曲線再次驗(yàn)證了前文簡(jiǎn)化模型所得結(jié)論:第2層覆冰發(fā)生脫落時(shí)(t2時(shí)刻),線路所處位置越低(h2),回彈高度h1越大(h2的波谷對(duì)應(yīng)h1的波峰),隨著Δt的增大,回彈高度h1逐漸變小.若覆冰線路分兩層脫落,則脫冰跨最大回彈高度隨著兩層覆冰的脫冰時(shí)間間隔Δt成指數(shù)函數(shù)變化,其函數(shù)擬合曲線為h1=1.78e-t2/4.37+4.89e-t2/59.79+17.06.當(dāng)t2>180 s時(shí),Δt對(duì)h1的影響趨向于穩(wěn)定,h1基本維持在17 m左右,比最大值減小24%左右.由于本文建立的模型為理想對(duì)稱模型,覆冰厚度均相同,相鄰塔間無(wú)高差,且脫冰工況也是對(duì)稱的,所以脫冰發(fā)生之前(t<2.0 s)線路的不平衡張力近似為0.當(dāng)發(fā)生覆冰脫落后,不平衡張力開(kāi)始出現(xiàn)(脫冰跨端部與絕緣子連接處,圖3中2#塔的N2節(jié)點(diǎn)).

圖12顯示了脫冰線路中最大不平衡張力TN2隨著Δt發(fā)生變化的情況,其規(guī)律符合指數(shù)函數(shù)TN2=2.91e-t2/52.25+17.95的分布.當(dāng)t2>170 s后,線路最大不平衡張力穩(wěn)定地維持在18 kN左右.當(dāng)兩層覆冰一次性全部脫落時(shí),TN2最大為21 kN左右,比上述穩(wěn)定值大了16.7%左右.

圖12 TN2與t2Fig.12 TN2and t2

圖13 N2點(diǎn)處不平衡張力TN2時(shí)程圖Fig.13 Time history curve of unbalancete-nsionTN2 at location N2

圖14 ISS跨豎向位移時(shí)程圖Fig.14 Time history curve of vertical displacement of span ISS

圖15 AS跨中張力F時(shí)程圖Fig.15 Time history curve of tension F of span AS

圖13-圖15分別描述的是在t2=2.0,7.6,58.1,119.6和164.8 s時(shí)刻脫冰跨的不平衡張力TN2、回彈高度h1和AS跨中導(dǎo)線張力F的時(shí)程曲線.從圖中可以看出,當(dāng)t=2.0 s即第1層覆冰發(fā)生脫落時(shí),TN2,h1和F第1次達(dá)到極值.當(dāng)體系在振動(dòng)過(guò)程中發(fā)生第2層覆冰的脫落時(shí),TN2,h1和F均在很短的時(shí)間內(nèi)第2次達(dá)到極值然后開(kāi)始衰減且TN2,h1和F的第二極值均比第一極值要大(相關(guān)的增加百分比見(jiàn)表3),Δt越小兩個(gè)極值越接近,但最終結(jié)構(gòu)體系均趨向于圍繞同一水平的穩(wěn)定狀態(tài)上下振動(dòng).從上述分析可以得出結(jié)論:以往基于線路覆冰發(fā)生一次性全部脫落的假設(shè)進(jìn)行的研究中,存在高估線路脫冰荷載的可能性.按照本文提出的覆冰分層脫落的構(gòu)想進(jìn)行的研究結(jié)果表明:覆冰發(fā)生分層脫落時(shí)脫冰跨最大回彈高度、最大不平衡張力及脫冰跨相鄰的線路跨中最大張力分別比覆冰一次性全部脫落的假設(shè)減小了24%,17%和14%左右.

本文研究了覆冰線路分兩層b1=b2脫落時(shí)脫冰線路的動(dòng)力響應(yīng),實(shí)際線路脫冰過(guò)程中這兩層覆冰可能并不相等,即b1≠b2.根據(jù)這一情況,本文設(shè)計(jì)了表4所示的6個(gè)工況進(jìn)行了對(duì)比研究.6個(gè)工況中兩層覆冰的時(shí)間間隔均取同一個(gè)固定值,即Δt=22.3 s,其中t1=2.0 s,t2=24.3 s,相關(guān)的計(jì)算結(jié)果如圖16所示.從圖16中可以看出,在6個(gè)設(shè)計(jì)工況中,h1,TN2和F的最大值均發(fā)生在工況6中,數(shù)值分別為22.9,20.7和90.9 kN;最小值出現(xiàn)在工況4中,數(shù)值分別為18.8,18.9和80.4 kN,比工況6分別減小了17.9%,8.7%和11.6%左右.隨著最外層覆冰厚度占總覆冰厚度比重的增加,覆冰的分層脫落對(duì)輸電線路體系造成的動(dòng)力影響先增大后減小,當(dāng)最外層覆冰厚度占總覆冰厚度的3/5左右時(shí),脫冰對(duì)線路體系的動(dòng)力影響最小.

表4 工況設(shè)置

圖16 h1,TN2和F與b2關(guān)系圖Fig.16 The relationship of h1,TN2,F and b2

4 結(jié) 論

本文基于輸電線路覆冰分層脫落的假設(shè),建立了4塔5線的輸電線路模型,完成了靜力找形分析,通過(guò)改變脫冰時(shí)間間隔Δt和兩層覆冰的厚度比,探討了輸電線路覆冰分層脫落時(shí)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng),并與基于線路覆冰一次性全部脫落假設(shè)得到的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析并得到以下結(jié)論:

1)本文采用的線路找形方法與理論解相比誤差較小,采用附加冰單元法模擬脫冰的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果也很接近,可滿足線路脫冰工況的動(dòng)力響應(yīng)分析.

2)基于覆冰分層脫落假設(shè)得到的脫冰線路回彈高度、不平衡張力和跨中線路張力值比基于覆冰一次性全部脫落假設(shè)的結(jié)果最大分別減小了24%,17%和14%左右.這表明以往按照一次性全部脫冰假設(shè)得到的結(jié)論進(jìn)行線路設(shè)計(jì)偏于保守,對(duì)脫冰荷載的取值尚有優(yōu)化空間.

3)當(dāng)覆冰在線路運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn)發(fā)生脫落時(shí),回彈高度最大.當(dāng)最外層覆冰厚度占覆冰總厚度的3/5左右時(shí),覆冰分層脫落對(duì)線路結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)造成的影響最小.

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Research on Dynamic Response of Ice Layer Shedding in Line System

DU Yunxing1?,LU Xinlong1,NIE Yiyou2

(1.College of Civil Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China;2. Powerchina Real Estate Group Ltd Regional Headquarters in Beijing,Beijing 102300,China)

The ice-shedding way of iced conductors affects the dynamic response of transmission line system.In this paper,a finite element model of 4 towers and 5 spans is established by numerical method,and the ice is simulated by additional ice element method.The dynamic responses of the structure are analyzed when two-layer ice at mid-span of the middle conductor peels off at the same time and at different time with different thicknesses.The results show that the maximum rebound height,unbalanced tension and wire tension induced by one time ice-shedding are 24%,17% and 14% lower than those by ice-shedding at different time,respectively.The maximum rebound height of the system occurs when the second layer ice peels off and the conductor moves to the lowest position at the same time.The structure exhibits the same stable vibration state regardless of the interval time of the two ice layers shedding.When the thickness of outermost layer accounts for 3/5,the effect of ice layers shedding is minimal.The conclusions obtained by ice layer shedding research show that the values of ice-shedding load based on the assumption of one time ice-shedding are conservative,and there is some space for optimization.

transmission line system;ice-shedding;finite element;dynamic response

1674-2974(2017)07-0104-07

10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2017.07.013

2016-04-15

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51261120374,51378199),National Natural Science Foundation of China(51261120374,51378199)

杜運(yùn)興(1971—),男,河南平頂山人,湖南大學(xué)副教授,博士?通訊聯(lián)系人,E-mail:duyunxing@hnu.edu.cn

TM75

A

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