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近年，由于輸電線路覆冰和脫冰引起的倒塔事故時有發(fā)生，嚴重影響輸電線路的安全運行。因此，輸電線覆冰和脫冰過程中桿塔的安全性已成為輸電工程中倍受關注的重要問題之一。
已有文獻在研究輸電線脫冰冰跳高度時，一般忽略桿塔的變形。近年來，關于輸電塔線體系在脫冰過程中動力響應的研究在國內(nèi)引起了廣泛重視。文獻建立了特高壓兩塔三檔有限元分析模型，研究了導線和地線脫冰后的位移和應力響應，但沒有討論桿塔的變形和應力。文獻模擬研究了塔線體系在覆冰載荷作用下的非線性屈曲，得到了不同的覆冰不均勻系數(shù)下桿塔的極限承載能力。文獻利用塔線體系有限元模型模擬了斷線后桿塔的破壞過程。以上研究中，桿塔均采用空間梁模型或桿梁混合模型，沒有考慮桿塔構件和連接節(jié)點的細節(jié)。在桿塔應力及強度研究方面，文獻推導了非對稱薄壁梁-柱單元的變形剛度矩陣，考慮了軸向、橫向、扭轉(zhuǎn)變形的耦合，可用以研究輸電桿塔的非線性大變形行為；文獻提出了兩種模擬螺栓滑移的模型，研究了螺栓的滑移對結(jié)構極限強度的影響；文獻研究了螺栓滑移對桿塔變形和承載能力的影響；文獻實驗研究了塔腿、支撐桿、冗余桿件的破壞、細節(jié)設計以及連接結(jié)構破壞、材料缺陷、制造誤差等的影響。文獻針對特高壓鋼管塔，建立了包含塔腿局部模型的整體模型，計算了桿塔在正常90°大風工況下的應力和變形。尚未見到關于螺栓預緊力對桿塔應力和強度影響的研究報道。
本文利用ABAQUS有限元軟件建立兩塔三檔的塔線體系模型和危險區(qū)域螺栓聯(lián)接三維實體模型；計算塔線體系的不同脫冰工況，對計算結(jié)果進行分析并提取出危險區(qū)域局部結(jié)構模型的載荷條件；計算局部模型在不同脫冰率和不同螺栓預緊力下的動力響應，研究螺栓預緊力對桿塔安全性的影響。
以某500kV四分裂導線同塔雙回孤立檔為研究對象。該線路包括兩個耐張塔，桿塔型號為 SJ613，高度為 70m。三檔檔距相同，均為 280m。桿塔構件材料包括 Q235、Q345、Q420，其楊氏模量為210GPa，泊松比為 0.3，密度為 7800kg/m3。四分裂導線的型號為 LGJ-630/45，地線型號為 GJ80，光纜型號為 OPGW100。導線的初始安裝應力為34.8MPa。桿塔上左側(cè)三相導線為 I 回線路(地線下側(cè))，右側(cè)三相導線為 II回線路(光纜下側(cè))。
建立有限元模型時，以導線為索單元，以耐張絕緣子串為桿單元。采用文獻提出的無需迭代的方法確定導線在自重作用下的初始構形。導線與絕緣子串之間采用 Beam 連接關系，絕緣子串與輸電線塔之間采用 Hinge 連接關系。將模型共劃分為13586 個單元。邊界條件設置為：桿塔塔腿根部和線路段兩端的導線固定約束。
假設該線路導線上的覆冰厚度為20mm，覆冰密度為 900kg/m3。采用有限元方法模擬塔線體系在導線脫冰后的動力響應，導線脫冰載荷的施加采用等效慣性力方法。分別模擬第2檔各相導線在脫冰率分別為100%、80%、50%時塔線體系的動態(tài)響應。
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