摘 要

电力在国民经济建设中具重要的的地位。而我国是多地震国家之一，高地震中的电力运输无法避免的：地震导致输电塔的破坏。所以进行高强度地震区输电塔的抗震研究有重要的工程意义。

本文中我们选择9度地震烈度区内的三塔两线作为分析对象进行研究。首先采用ANSYS软件建立的塔-线耦联三维有限元模型，并且对导线与塔和塔线进行动力特性分析，分析结果表明，因为导线的存在使塔线体系整体频率降低；然后结合本工程高强度地震区场地地震动力特性和相关的规范要求，进行单塔的振型反应谱法与非线性时程方程比较，所选择的三条地震波是符合相关要求的；最后，进行罕遇地震作用线塔线耦联效应的分析，从塔顶位移，基底剪力和杆件应力三个方面进行对比分析，揭示了横向线路方向，顺线路方向，竖向线路方向上的地震作用下导线的存在对杆塔地震响应的影响规律。

结果表明，在横向线路地震波作用下，由于导线的存在，基底剪力及杆件应力普遍有所减小。在顺线路和竖向线路方向地震波作用下塔线耦联体系由于导线附加质量同杆塔一起振动，造成动力效应的增加。此效应的大小取决于塔身所承担导线质量或者垂直档距的大小，耦联效应系数的绝对值随之增大。

关键词：地震；输电塔线；有限元；时程分析；耦联系数

Abstract

Electric power plays an important role in the construction of national economy. And China is one of the more earthquake countries, high earthquakes in the transport of electricity can not be avoided: the earthquake led to the destruction of transmission towers. Therefore, it is of great engineering significance to study the seismic resistance of transmission tower in high intensity seismic area.

In this paper, we select the three towers two lines in the 9-degree seismic intensity area as the object of analysis. Firstly, the three-dimensional finite element model of tower-line coupling is established by ANSYS software, and the dynamic characteristics of wire and tower and tower are analyzed, The results show that the overall frequency of the tower system is reduced due to the existence of the wires.

Then, based on the seismic dynamic characteristics of the site and the relevant specification requirements, the vibration response spectrum method and the nonlinear time course equation of the single tower are compared , The selected three seismic waves are in line with the relevant requirements ,The selected three seismic waves are in line with the relevant requirements. Finally, the analysis of the coupling effect of the line of the rare earthquakes is carried out , From the tower top displacement, the base shear force and the bar stress three aspects of comparative analysis , The influence of the existence of wires on the seismic response of the tower is revealed by the direction of the transverse line, the direction of the road and the direction of the vertical line.

The results show that under the action of transverse seismic wave, the shear force of the base and the stress of the bar are generally reduced due to the existence of the wire , In the direction of the line and the vertical direction of the direction of the seismic wave under the tower coupling system due to the additional quality of the wire with the tower with vibration, resulting in increased power effects . The magnitude of this effect depends on the size of the conductor or the size of the vertical span, and the absolute value of the coupling effect coefficient increases.

Key words : Earthquake ; Power transmission tower- liner; Finite element ; Time history analysis ; Coupling coefficient

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 抗震研究现状 2

1.3 文本的研究目的和内容 4

第二章 有限元建模与动力特性分析 6

2.1 工程背景 6

2.2 有限元建模 6

2.3 输电杆塔的建模 6

2.4 自重下的静力分析 8

2.5 动力特性分析 9

2.6 输电线的建模与动力特性分析 11

2.6.1 导线的初始构形与初始应力 11

2.6.2 导线动动力特性分析 14

2.6.3 绝缘子建模 17

2.6.4 塔-线耦联体系的建模 17

2.7 塔-线耦联体系的建模与静力分析 17

2.7.1 塔线体系自重下的静力分析 17

2.8 塔线体系的动力特性分析 18

第三章 强震下塔线体系的动力响应分析 21

3.1 地震波的选取 21

3.2 动力时程分析方法 23

3.2.1 多自由度体系强迫振动的数值解法的介绍 23

3.2.2 纽马克（Newmark）法 24

3.3 单向地震作用下输电杆塔的地震响应分析 26

3.3.1 顺线路输电杆塔地震响应分析 26

3.3.2 垂直线路输电杆塔地震响应分析 28

3.3.3 竖向线路输电杆塔地震响应分析 29

3.4 单向地震作用下塔线耦联体系的地震响应分析 30

3.4.1 顺线路输塔线体系地震响应分析 30

3.4.2 垂直线路输塔线体系地震响应分析 31

3.4.3 竖向线路塔线体系地震响应分析 33

第四章 塔线体系地震响应的耦联系数分析 34

4.1 横向线路方向地震响应耦联系数分析 34

4.2 顺线路方向地震响应耦联系数分析 37

4.3 竖向线路方向地震响应耦联系数分析 39

4.4 导线数量对塔线耦联效应的影响 42

4.5 小结 43

第五章 总结与展望 44

5.1 结论 44

5.2 展望 45

致谢 46

参考文献 47

绪论

研究背景

近年来经济社会不断发展，国家对能源的需求越来越大，尤其是电力需求。电力在国民经济建设中具重要的的地位。一旦电力系统在地震中破坏,不仅会造成巨大的直接或间接经济损失,将导致次生灾害,如火灾,地震救灾和应急恢复也可以产生巨大的困难。高压输电塔是电力系统输电线路的重要组成部分，与电力系统的正常功能直接相关^[1]1。

考虑其在能源传输方面的巨大优势，输电塔运用越来越广泛。然而我国是个多地震国家，高地震烈度的电力运输不可避免的；同时，电力传输系统的不断提升，技术的不断完善，大空间，大跨度复合型输电杆塔不断出现。