高压线塔的结构优化设计(附件)【字数：12519】
摘 要随着我国电力的不断发展，输电线路作为电力的动脉，它的稳定安全的运行关乎着我国国民经济的稳定发展。而输电线塔的塔架作为支撑着输电线路的空间的结构，它的安全可靠的运行，是输电线路稳定运行的重要保证。但是由于近些年来自然环境在不断地恶化，也从而出现了极端的天气，输电线塔的塔架在这种极端天气下很容易出现倒塔的情况，所以，研究输电线塔在复杂的情况下的静力学和动力学特性对于提高输电线路的安全有着很大的工程价值。本篇论文使用有限元软件ansys15.0，根据设计参考的资料，进行输电线塔塔架模型的建立，并且提出了输电线塔塔架在风载荷、覆冰载荷以及基础沉降等工况下的研究处理方法。以鼓式输电线塔为例子，根据设计规程，通过分析和计算得出了输电线塔的塔架在受到风载荷、覆冰载荷以及自重的条件下的变形云图、等效应力分布云图以及轴向力分布图，从而分析输电线塔的实际受力情况，并且验算了结构部件的稳定性以及杆件的安全系数。研究了鼓式输电线塔塔架的动力特性，并进行了模态分析，得到了圆管截面钢和角钢输电线塔的前六阶的自振频率以及振型，通过研究分析得出塔腿和塔身部分很容易过早的出现局部的模态，并且在第六阶时，塔腿的中下部分受到了最大的变形位移。最后讨论了圆截面钢在受到相同载荷的情况下较角钢省料的情况，从而完成了输电线塔的结构优化设计。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2输电线塔体系国内外研究现状 1
1.3本文研究的主要内容 2
第二章 输电线塔的有限元建模及分析 3
2.1输电塔的概况 3
2.2有限元分析基础理论 5
2.2.1有限元理论概述 5
2.2.2有限元建模的基本要求 6
2.3输电线塔体系有限元模型的建立 6
2.3.1单元的选取 6
2.3.2输电线塔模型的建立 7
2.4输电线塔体系所承受的载荷 13
2.4.1风载荷 14
2.4.2覆冰载荷 14
2.4.3基础沉降 14
2.5本章小结 14
第三章 输电线塔静力特性的分析 16
3.1风载荷作用下输电线塔的静力分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.1.1输电线塔风载荷的计算 16
3.2覆冰载荷作用下的输电线塔塔架的静力分析 20
3.2.1输电线塔覆冰载荷的计算 21
3.3输电线塔塔架在风载荷覆冰载荷作用下的静力分析 21
3.3.1圆截面钢输电线塔0°风向（最大迎风面） 22
3.3.2 圆截面钢输电线塔90°风向（最小迎风面） 24
3.3.3角钢输电线塔塔架0°风向（最大迎风面） 26
3.3.4角钢塔架90°风向（最小迎风面） 28
3.4结构部件的稳定性计算： 30
3.5本章小结 32
第四章 输电线塔的动力特性分析 34
4.1模态分析理论 34
4.2输电线塔的模态分析 34
4.2.1输电线塔的自振频率 34
4.2.2输电线塔的振型 35
4.3省料分析 40
4.4本章小结 41
第五章 结论与展望 42
5.1结论 42
5.2展望 42
致 谢 43
参考文献 44
第一章 绪论
1.1研究背景
现如今我国经济正在不断发展中，我国对电能源的需求正在不断的扩大，我国电网的覆盖率也越来越高，电力系统的运行强度也是越来越大的。电网作为电力传播的主要途径，同时也是电力的有力保证，所以说电力的发展可以促进国民经济的发展。再加上现在各个行业的发展都离不开电力，因此大力发展电力行业已经成为了趋势。
近几十年以来，各个城市的电网设备建设已经成为了发展的必要条件，作为电力输送的载体，输电线塔占到整个电力系统投资的40%左右[1]，现在人们都在关心输电线塔的安全可靠性，输电线塔倒塌也时有发生，既有制造、设计的因素，也有自然灾害等外力的破坏。自然灾害例如台风、暴雪、地震等，都引起过倒塔停电事故，给人民的生活、生产都带来了极大的影响。所以针对输电线塔的防灾抗灾研究就显得格外的重要。
输电线塔的塔架是一种高耸的结构，它的特点是质量相对轻、高度高、刚度相对较小等，是一种非常特殊的结构形式。输电线塔上的载荷可能有风载、雪载、覆冰、地震载荷、自重载荷以及基础沉降等等，而研究最多最广泛的也就是风载，它在很多情况下对于输电线塔来说起到的是控制载荷的作用[2]。高耸结构随着科学技术的发展不断地提高，向着更高、更柔、更轻的趋势发展，但与此同时也导致了这一结构对于各种载荷的敏感度不断地增强。其中，风灾、输电线路覆冰、地震等自然灾害的发生，也给我们带来了巨大的损失。
1.2输电线塔体系国内外研究的现状
1.3本文研究的主要内容
高压线塔是电力工程中常见的机械结构，传统的高压线塔都是利用角钢搭建的杆件系统，本课题要求：
(1)自选一具体的高压线塔结构，需要至少包含3层塔臂。
(2)试用圆截面钢代替角钢，使其在相同的载荷下强度、刚度、稳定性、安全性仍能满足要求，并且要有利于可持续发展。
(3)高压线塔使用地点：南京。考虑载荷：风载、雪载。
(4)通过对输电线塔进行模态分析，了解输电线塔的动力特性。
第二章 输电线塔的有限元建模及分析
2.1输电塔的概况
按照输电线塔在线路中的用途可以分为六类：直线塔架、跨越塔架、终端塔架、耐张塔架、换位塔架、转角塔架[15]。
下面是不同用途的输电线塔：
（a）猫头直线塔 （b）鼓式直线塔 （c）耐张塔
（d）转角塔 （e）终端塔 （f）换位塔
（g）跨越塔 （h）分歧塔
从所选用的材料来分，输电塔架结构有铁塔和钢筋混凝土塔架两大类，在维持结构整体的稳定性上，可以分为拉线式塔架和自立式塔架[15]，下面为这两类铁塔进行说明：
(1)拉线式铁塔：一般是适用于110V至220V之间电压的跨越类铁塔，最主要的条件是这种塔一般都是位于地形相对平坦，地理条件比较好的地方。这类铁塔通常由于跨越档距和塔的抗扭性能不好而不被采用。拉线式铁塔的类型有拉猫塔，拉门塔和拉V塔等类型[15]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2输电线塔体系国内外研究现状 1
1.3本文研究的主要内容 2
第二章 输电线塔的有限元建模及分析 3
2.1输电塔的概况 3
2.2有限元分析基础理论 5
2.2.1有限元理论概述 5
2.2.2有限元建模的基本要求 6
2.3输电线塔体系有限元模型的建立 6
2.3.1单元的选取 6
2.3.2输电线塔模型的建立 7
2.4输电线塔体系所承受的载荷 13
2.4.1风载荷 14
2.4.2覆冰载荷 14
2.4.3基础沉降 14
2.5本章小结 14
第三章 输电线塔静力特性的分析 16
3.1风载荷作用下输电线塔的静力分析 16 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.1.1输电线塔风载荷的计算 16
3.2覆冰载荷作用下的输电线塔塔架的静力分析 20
3.2.1输电线塔覆冰载荷的计算 21
3.3输电线塔塔架在风载荷覆冰载荷作用下的静力分析 21
3.3.1圆截面钢输电线塔0°风向（最大迎风面） 22
3.3.2 圆截面钢输电线塔90°风向（最小迎风面） 24
3.3.3角钢输电线塔塔架0°风向（最大迎风面） 26
3.3.4角钢塔架90°风向（最小迎风面） 28
3.4结构部件的稳定性计算： 30
3.5本章小结 32
第四章 输电线塔的动力特性分析 34
4.1模态分析理论 34
4.2输电线塔的模态分析 34
4.2.1输电线塔的自振频率 34
4.2.2输电线塔的振型 35
4.3省料分析 40
4.4本章小结 41
第五章 结论与展望 42
5.1结论 42
5.2展望 42
致 谢 43
参考文献 44
第一章 绪论
1.1研究背景
现如今我国经济正在不断发展中，我国对电能源的需求正在不断的扩大，我国电网的覆盖率也越来越高，电力系统的运行强度也是越来越大的。电网作为电力传播的主要途径，同时也是电力的有力保证，所以说电力的发展可以促进国民经济的发展。再加上现在各个行业的发展都离不开电力，因此大力发展电力行业已经成为了趋势。
近几十年以来，各个城市的电网设备建设已经成为了发展的必要条件，作为电力输送的载体，输电线塔占到整个电力系统投资的40%左右[1]，现在人们都在关心输电线塔的安全可靠性，输电线塔倒塌也时有发生，既有制造、设计的因素，也有自然灾害等外力的破坏。自然灾害例如台风、暴雪、地震等，都引起过倒塔停电事故，给人民的生活、生产都带来了极大的影响。所以针对输电线塔的防灾抗灾研究就显得格外的重要。
输电线塔的塔架是一种高耸的结构，它的特点是质量相对轻、高度高、刚度相对较小等，是一种非常特殊的结构形式。输电线塔上的载荷可能有风载、雪载、覆冰、地震载荷、自重载荷以及基础沉降等等，而研究最多最广泛的也就是风载，它在很多情况下对于输电线塔来说起到的是控制载荷的作用[2]。高耸结构随着科学技术的发展不断地提高，向着更高、更柔、更轻的趋势发展，但与此同时也导致了这一结构对于各种载荷的敏感度不断地增强。其中，风灾、输电线路覆冰、地震等自然灾害的发生，也给我们带来了巨大的损失。
1.2输电线塔体系国内外研究的现状
1.3本文研究的主要内容
高压线塔是电力工程中常见的机械结构，传统的高压线塔都是利用角钢搭建的杆件系统，本课题要求：
(1)自选一具体的高压线塔结构，需要至少包含3层塔臂。
(2)试用圆截面钢代替角钢，使其在相同的载荷下强度、刚度、稳定性、安全性仍能满足要求，并且要有利于可持续发展。
(3)高压线塔使用地点：南京。考虑载荷：风载、雪载。
(4)通过对输电线塔进行模态分析，了解输电线塔的动力特性。
第二章 输电线塔的有限元建模及分析
2.1输电塔的概况
按照输电线塔在线路中的用途可以分为六类：直线塔架、跨越塔架、终端塔架、耐张塔架、换位塔架、转角塔架[15]。
下面是不同用途的输电线塔：
（a）猫头直线塔 （b）鼓式直线塔 （c）耐张塔
（d）转角塔 （e）终端塔 （f）换位塔
（g）跨越塔 （h）分歧塔
从所选用的材料来分，输电塔架结构有铁塔和钢筋混凝土塔架两大类，在维持结构整体的稳定性上，可以分为拉线式塔架和自立式塔架[15]，下面为这两类铁塔进行说明：
(1)拉线式铁塔：一般是适用于110V至220V之间电压的跨越类铁塔，最主要的条件是这种塔一般都是位于地形相对平坦，地理条件比较好的地方。这类铁塔通常由于跨越档距和塔的抗扭性能不好而不被采用。拉线式铁塔的类型有拉猫塔，拉门塔和拉V塔等类型[15]。
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