摘 要

我国是个地震频发的国家，地震烈度较高地区的电力传输是无法避免的；与此同时，电力传输系统的升级速度加快，输电技术不断完善，大空间，大跨度的复合型输电塔不断出现。所以对输电塔的抗震研究有非常深远的意义。

本文选定9度地震烈度区内的五塔四线的典型输电塔模型进行抗震研究。首先利用ANSYS软件建立单塔、五塔和塔线体系的三维空间模型，对单塔、塔线耦联体系从塔顶位移、基底剪力和杆件压应力三方面进行了耦联系数的对比分析，研究并揭示了横向线路方向、顺线路方向和竖向线路方向地震作用下塔线体系中导线和杆塔的耦联效应对杆塔地震响应的影响。结果表明，在横向线路（X方向）地震波作用下，塔线体系的塔顶位移由于导线的存在与杆塔相比较相对减小；由于导线的自重，支反力相对增大，压应力大部分减小；在顺线路方向（Y方向）地震波作用下，塔线体系耐张塔段的塔顶位移明显增大，直线塔段略微减小；塔线体系的支反力较杆塔体系有明显的增加；杆件应力值增大；在竖向（Z方向）地震波作用下，相对于杆塔而言，塔线体系的塔顶位移的值明显增大，在应力方面，除部分塔外，应力都明显增大。在对I型绝缘子塔线体系于V型绝缘子塔线体系的相互比较，揭示了输电导线的绝缘子的连接方式会影响塔线体系中某段或多段塔线的耦联系数值，不同的连接方式能获得不同的耦联系数值，得出绝缘子的连接方式会影响输电线的地震响应分析。

关键词：有限元；输电塔线；地震；耦联系数

Abstract

China is a country with frequent earthquake, the earthquake intensity of higher areas of power transmission is unavoidable; At the same time, the power transmission system to speed up the upgrade, transmission technology continues to improve, large space, large span of the composite transmission tower continue to appear The So the seismic research of the transmission tower has a very far-reaching significance.

In this paper, the typical transmission tower model of the five towers in the quake zone of 9 degrees is selected for seismic study.Firstly, the three-dimensional model of single tower, five tower and tower system is established by ANSYS software. The coupling coefficient of single tower and tower line coupling system is analyzed from the top of the tower, the shear force of the base and the compressive stress of the bar analysis,The influence of the coupling effect of the wire and the tower on the seismic response of the tower under the action of the transverse direction, the direction of the road and the direction of the vertical line is studied.The results show that the displacement of the tower line in the transverse line (X direction) under the action of the seismic wave is relatively reduced compared with the tower,due to the self-weight of the wire, the relative increase in the reaction force, the compressive stress is greatly reduced;In the direction of the line (Y direction) under the action of seismic waves, the tower tower tension tower tower tower displacement significantly increased, slightly reduced cable tower; tower line system of the reaction force than the tower system has increased significantly; The stress value increases;In the vertical (Z-direction) seismic wave, the value of the tower top displacement of the tower system is obviously increased with respect to the tower. In terms of stress, the stress is obviously increased except for the partial tower.The comparison of the insulator lines of the I-type insulator cable system in the V-type insulator cable system reveals that the connection of the insulators of the transmission leads will affect the coupling coefficient of one or more tow lines in the tower system, and the different connection methods And obtain the different coupling coefficient value, it is concluded that the connection method of the insulator will affect the seismic response of the transmission line.

Key words: Finite element; Transmission tower line; Earthquake; Coupling coefficient

目录

1. 绪论

1.1. 研究背景

1.2. 输电塔体系抗震研究现状

1.3. 本文的研究目的及内容

2. 有限元建模与模态分析

2.1. 工程背景

2.2. 有限元建模

2.2.1. 耐张塔的建模

2.2.2. 直线塔的建模

2.3. 自重下的静力分析

2.3.1. 耐张塔的重力分析

2.3.2. 直线塔的重力分析

2.4. 动力特性分析

2.4.1. 耐张塔

2.4.2. 直线塔

2.5. 输电线的建模与静力分析

2.5.1. 导线的初始构型与初始应力

2.5.2. 导线动力特性分析

2.6. 塔-线耦联体系的建模与静力分析

2.6.1. 塔-线耦联体系的建模

2.6.2. 塔线体系自重下的静力分析

2.7. 塔线体系的动力特性分析

3. 强震下塔线体系的动力响应分析

3.1. 地震波的选取

3.2. 动力时程分析方法

3.2.1. 纽马克（Newmark）法

3.3. 单向地震作用下输电杆塔的地震响应分析

3.3.1. 顺线路输电塔地震响应分析

3.3.2. 垂直线路输电塔地震响应分析

3.3.3. 竖向线路输电塔地震响应分

3.4. 单向地震作用下塔线耦联体系的地震响应分析

3.4.1. 顺线路塔线体系地震响应分析

3.4.2. 垂直线路塔线体系地震响应分析

3.4.3. 竖向线路塔线体系地震响应分析

4. 塔线体系地震响应的耦联系数分析

4.1. 横向线路方向地震响应耦联系数分析

4.2. 顺线路方向地震响应耦联系数分析

4.3. 竖向线路方向地震响应耦联系数分析

4.4. 绝缘子类型对塔线耦联效应的影响

4.5. 小结

5. 结论与展望

5.1. 结论

5.2. 展望

致谢

参考文献

绪论

研究背景

社会经济发展飞速，国家对能源的需求也日益增大，尤其是对电力能源的需求。考虑其在传输方面的巨大优势，输电塔运用日趋广泛。然而，我国是个地震频发的国家，地震烈度较高地区的电力传输是无法避免的；与此同时，电力传输系统的升级速度加快，输电技术不断完善，大空间，大跨度的复合型输电塔不断出现[^[1]]。

作为大型的生命线工程，输电塔线结构体系破坏会导致供电线路的瘫痪，甚至还会引发各种重大灾害，造成重大的经济损失，其出现的安全问题也会影响人民的生活，所以对输电塔线体系的基础理论和设计方法都有了更高的要求。地震对输电塔造成的影响往往是最容易被轻视的一件事[^[2]]。由于近几年我国地震频繁，电力设施受到了不同程度的破坏。在过去的几次地震灾害中，输电塔系统的破坏与普通民用建筑相比相对较弱，但在高强度地震中，输电塔系统却遭受了较大的破坏，这是工程界在现阶段迫切需要解决的一个大问题[^[3]]。

1971年美国San Fernando地震，由于输电塔整体抗震性能比较好，故当时主要是一些混凝土电线杆发生一定程度的损坏，但对于输电塔的抗震具有警示性作用。1976唐山大地震中[^[4]]，唐山地区的电力系统因地震的缘故受到了极大地损坏，区内输电线路都遭受了不同程度损坏，导致电力中断，抗震救灾工作受到了严重的影响。1989年10月17日美国Loma Prieta地震的典型特点是电力系统的显著破坏；地震中，230KV和500KV的高压变电站破坏严重，输电线路严重破坏，由此造成140多万用户停电。1995年1月17日，日本冰库县南部地震，有38条高压线路、446条配电线路损坏；共有20座输塔塔基础沉降，塔架倾斜，部分线路绝缘子损坏，遭受重大损失。1999年9月21日中国台湾地震造成345KV特高压输电塔大规模毁损。2008年5月12日我国汶川大地震中，据不完全统计，地震及余震导致110KV线路倒塔20多基，局部破坏受损约16基[^[5]]。