220kV双回路窄基铁塔建模及动力特性分析.pdfVIP

第 31卷第 5／6期 东 北 电 力 大 学 学 报 Vo1．31．No．5／6 2011年 12月 JournalOfNortheastDianliUniversity Dec．．2Oll 文章编号：1005—2992(2011)05／o6—0056—04 220kV双回路窄基铁塔建模及动力特性分析 毛 雨，龚 靖 ，王永益 (东北电力大学 建筑工程学院，吉林 吉林 132012) 摘 要：本文以江苏省无锡供电设计院设计的220kVHSZ窄基直线塔为工程背景 ，利用 ANSYS软 件建立窄基铁塔的有限元分析模型，并对该塔进行模态分析，得到窄基铁塔的前 10阶自振模态及其相 应的自振周期，从而更进一步了解窄基铁塔的动力特性。 关 键 词：窄基直线塔；有限元；模态分析；动力特性 中图分类号：TM753 文献标识码：A 众所周知，输电塔是重要的生命线电力工程设施。伴随着我国国内经济的飞速发展，城区内的高压 线路越来越多，使得线路走廊愈发紧张。一般来说，我们采用的大多是普通铁塔，但其根开大，占地多， 不满足经济性的要求；相对来讲，窄基铁塔根开较小，可有效的压缩线路走廊 ，从而大大减小占地面积， 降低工程造价。 80年代末期我国开始了紧凑型线路技术的研究和工程实施 ¨．2J。2009年无锡 电力公司形成了涵 盖220kV和 110kV电压等级的全套窄基系列塔型_3J。2009年福建省电力勘测设计院设计了首条220 kV窄基钢管塔M]。罗玉鹤 5对窄基钢管塔进行动力特性分析，得到准确的自振周期，并计算了其塔身 风振系数。肖琦，周凌风等 利用有限元法构建500kV紧凑型窄基输电塔模型，并研究了动力特性。 目前，我国虽有地区已经成功研制并将窄基铁塔投入运行，但是窄基铁塔的设计理论还不完善，使 用经验也尚不成熟，窄基塔的设计只能凭借设计者积累的一些经验，缺乏一定的理论指导。因此，利用 软件来建立窄基铁塔的模型，并研究它的动力学特性对于保证输电线路的安全运行具有重要的意义。 1 有限元模型的建立 ANSYS的建模方法分为直接建模、几何建模 以及混合建模三种 。本文中采用的建模方法是几何 建模，首先在 AutoCAD里画出输电塔的三维立体图形，然后利用转换程序把三维和二维面、线造型的 DXF文件转换为ANSYS格式的lgw文件 ，最后在ANSYS里整理所用钢材的材料特性及本构关系，再稍 加处理就可以完成数据转换。这样几何模型就可以在ANSYS里建出来。 一 般，输 电塔可分为三类有限元模型：(1)空间桁架模型；(2)桁梁混合单元模型；(3)空间刚架模 型。为了使输电塔的受力更符合工程实际，本文建立桁梁混合单元模型。为了验证该模型的合理性，在 进行模态分析时，本文又建立了空间桁架模型与之对比。 本文应用大型有限元软件ANSYS建立的220kVHSZ窄基直线塔的三维有限元分析模型，见图1～ 图2。 收稿 日期 ：2011—08—18 作者简介：毛 雨 (1986一)，女，山东省德州市人，东北电力大学在读硕士研究生，主要研究方向：输电线路工程 第5／6期 毛 雨等：220kV双回路窄基铁塔建模及动力特性分析 57 该220kVHSZ窄基直线塔塔高52．5m，根开3． 6m，属于全角钢钢结构。其主要构件除承受轴向力 之外，还承受剪力和弯矩。此输 电塔共采用了3种 钢材，分别为Q235、Q345以及 Q420。三种钢材的材 料特性为：弹性模量E为2．06×10“N／m ，泊松比为 0．3，材料密度p为 7850kg／m 。输电塔结构的主材 为 Q420角钢 ，辅材角钢材料为 Q235和 Q345两种。 在建立ANSYS模型时，为使单元建模方便，采用杆 单元 Link8来模拟二力杆，从而生成与满应力程序相 同的空间桁架结构体系，杆单元Link8每个端节点包 含 X、Y、z位移方 向的 3个 自由度 ；由于 当采用 Beaml89单元时，可采用梁截面而不必计算大量的 图1 窄基铁塔模型俯视图 图2 窄基铁塔模型三维视图 实常数，为使建模方便，用梁单元Beam189来模拟主材。