《基于特高压输电铁塔组装钢管抱杆的优化设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于特高压输电铁塔组装钢管抱杆的优化设计（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 ee基于特高压输电铁塔组装钢管抱杆的优化设计ee（ee）指导教师：ee 摘要本论文主要对特高压输电铁塔组装钢管抱杆进行优化设计，根据特高压输电线路铁塔组立的经验，采用内悬浮外拉线抱杆分解组塔方法。针对这种方法，选择的抱杆长度为38m，而38m抱杆一般应选用格构型变截面金属抱杆。在对特高压输电铁塔组装钢管抱杆进行设计的过程中，主要分析了不同金属抱杆的结构特点，研究了金属抱杆的受力特点及长细比选择，对单抱杆中心受压、偏心压力和兼有横向弯矩抱杆、抱杆风荷载及格构型抱杆选材等进行了设计、计算、校核，确定了内悬浮外拉线抱杆分解组立特高压线路铁塔施工方案. 针对拟研究的内悬浮抱杆，本文利用Pro/E软件
2、建立了钢管抱杆的有限元模型，再用ANSYS软件对钢管抱杆的结构进行了分析设计。 关键词特高压；输电铁塔；钢管抱杆；有限元分析；优化设计Based on UHV transmission tower assembly steel tube pole optimization designee（ee）tutor: ee Abstract: This thesis focuses on high voltage transmission tower steel pole assembly to optimize the design, according to special high-voltag
3、e transmission line tower assembly of experience, using the external cable suspended group Tower pole decomposition method. For this method, pole length should be selected for the 38m, 38m pole should be used in general variable cross-section of lattice-typ3.e metal pole. UHV transmission tower in t
4、he assembly of the steel pole design process, the main pole of the different structural characteristics of the metal, the metal pole of the force characteristics and the slenderness ratio selection, center of pressure on a single pole, Lateral pressure and bending moment both eccentric pole, wind lo
5、ad pass pole pole configuration was designed such selection, calculation, checking, determine the decomposition of suspended pole outside the cable assembly UHV transmission line tower construction program. Machinery Co., Ltd. developed for the peaks of research, we use Pro/E software to establish a
6、 steel pole in the finite element model ,then the structure of the steel pole design is optimized by ANSYS. Key words: UHV；transmission tower；steel tube pole；finite element analysis；optimal design目 录1.引 言11.1研究课题的内容和意义11.2输电线路铁塔及其结构11.2.1自立式塔型21.2.2拉线式塔型31.2.3特高压钢管塔31.2.4大跨越高塔41.3常用的立塔方法41.3.1整体立塔41
7、.3.2分解组塔51.4金属抱杆的类型71.4.1金属抱杆按照材料不同分类81.4.2金属抱杆按照组装的结构型式不同分类91.4.3金属抱杆按照断面形状不同分类91.4.4按照立塔方式及结构特点不同分类101.5抱杆的研究现状112.抱杆的设计132.1研究抱杆要解决的问题132.2金属抱杆的受力特点及长细比选择132.3单抱杆中心受压的设计计算142.3.1等截面抱杆的中心压力计算142.3.2变截面抱杆的中心压力计算162.4偏心压力和兼有横向弯矩抱杆的设计计算192.4.1等截面抱杆的偏心受压计算192.4.2变截面抱杆的偏心压力计算202.5抱杆风荷载计算212.5.1风振系数212.
8、5.2顺向风荷载标准值242.5.3风载计算252.6格构型抱杆选材的验算262.6.1抱杆主材截面的选择262.6.2抱杆辅助条材的选择273.有限元分析方法283.1有限元法基础理论283.2 ANSYS软件基础323.3抱杆模型说明374.抱杆的有限元分析384.1抱杆的仿真实验目的384.2计算机仿真实验模型384.2.1仿真实验项目及步骤394.2.2仿真实验结果及分析394.2.3内悬浮抱杆仿真实验结论404.3特高压输电铁塔组装用钢管抱杆的最优设计404.3.1技术参数414.3.2抱杆主材选择及截面形状优化414.3.3 S600抱杆的特点485总结与展望495.1总结495.
9、2展望49致 谢51参 考 文 献52附：英文原文中文翻译271.引 言1.1研究课题的内容和意义 电力工业是国家的支柱产业之一，也是国民经济的命脉，关系到国计民生。特高压电网是基于我国发电能源分布和经济发展极不均衡的基本国情，为保证能源资源在全国范围内优化配置，适应东西20003000km、南北8002000km远距离、大容量电力输送需求而建立的。我国能源资源蕴藏丰富地区远离经济发达地区，三分之二以上的经济可开发水能资源分布在四川、西藏、云南，三分之二以上的煤炭资源分布在山西、陕西和内蒙古西部。东部地区经济发达，能源消费量大，能源资源却十分匮乏，因此，客观上需要采用长距离、大容量的特高压输电
10、技术。而由于电厂装机容量越来越大，电力输送逐渐形成输电线路远、电压高的特点，再加上地形、地理位置的不同，对高压输电线路铁塔及其相关设施提出了更高的要求。要在崇山峻岭之间及交通不便的地区兴建众多的输电线铁塔，要求进一步研制更多的在不同地形地貌进行施工组装这一类大型输电线铁塔的安装设备抱杆。抱杆是一种起重类桅杆结构。目前它在电力建设施工中尤其是吊装施工中的使用日益广泛，其主要功能是以杆身为载体，将某种工艺装置举向高空，或作为安装及施工用的起重机结构。抱杆的设计和建造要求具有很高的安全性能和使用性能。在正式投入使用之前，必须按照设计要求进行载荷设计，以考验桅杆设计的合理性和制造质量的可靠性，确保抱杆
11、在使用过程中安全可靠。此次拟研究的抱杆是专为山区地形组立特高压铁塔设计，通过对抱杆的优化设计，使抱杆单位长度重量、结构尺寸达到最优，以更加突出钢管抱杆组装高度大、截面尺寸小、相对重量轻、方便运输和吊装的特点。1.2输电线路铁塔及其结构铁塔是支持导线及避雷线的空间钢结构，国内外多数用热轧等肢角钢(腹杆国外有用不等肢角钢的)，选用螺栓连接的空间桁架结构，只有少数国家采用冷弯型钢或钢管及钢筋混凝土结构。我国从1974年开始试验研究500kV输电线路上使用的各种型式的铁塔，80年代初建成第一条平武500kV的超高压线路以来，东北、华北、中南、西南及华南地区(西北地区为330kV系统)，有15000多千
12、米500kV超高压线路在运行。21世纪我国开始研究多回路的500kV线路铁塔，同时也在着手研究l000kV以上的特高压输电线路铁塔。 架空输电线路的铁塔按用途分为：直线型铁塔、耐张型铁塔和特殊型铁塔；按导线回路数分为：单回路、双回路和多回路铁塔；按结构型式分为：自立式铁塔、拉线型铁塔、特高压钢管塔和大跨越高塔。 1.2.1自立式塔型 指不带拉线的铁塔，因其塔身较宽大，刚性好，也称刚性铁塔。该塔有宽基和窄基两种：宽基塔的底宽与塔高的比值：承力型为1/4-1/5，直线型为1/6-1/8；窄基塔的宽高比约为1/12-1/13。自立式塔又可分为导线呈三角形排列的上字型如图1.1(a)和鸟骨型如图1.1
13、(b)、猫头型如图1.2、干字型如图1.3、导线水平排列的酒杯型如图1.4(a)及门型如图1.4(b)、鼓型如图1.5和蝴蝶型如图1.6等结构。 (a) 上字型 (b)鸟骨型 猫头型 干字型 图1.1 自立式塔1 图1.2 自立式塔2 图1.3 自立式塔3 (a)酒杯型 (b)门型 鼓型 蝴蝶 图1.4 自立式塔4 图1.5 自立式塔5 图1.6 自立式塔6 1.2.2拉线式塔型拉线塔由塔头、主柱和拉线组成，塔头和主柱一般由角钢组成空间桁架，有较好的整体稳定性，能承受较大的轴向压力。拉线一般用高强度钢绞线做成，能承受很大的拉力，因此拉线塔能充分利用材料的强度特性而减少材料用量，但拉线占地面积较
14、大。拉线塔又可分为导线三角形排列的鸟骨型、猫头型、上字型等，导线水平排列的八字型、V字型还有纵向能自立的内拉门型塔，如图1.7、1.8、1.9。 (a)拉线上字型 (b)拉线猫头型 (a)拉线八字型 (b)拉线V型 内拉门型 图1.7 拉线式塔1 图1.8 拉线式塔2 图1.9 拉线式塔3 1.2.3特高压钢管塔特高压双回路钢管塔的直线塔和悬垂转角塔是鼓型铁塔，耐张转角塔采用鼓型铁塔和单柱组合耐张塔。塔高一般大于100m，平均塔重约200t，塔材单件重量可达4t、长度可达9m、管径可达1m。图1.10中，(a)、(b)、(c)为直线塔型，(d)为耐张塔型。 (a)SZ271-54 (b)SZ272-54 (c)SZ273-60 (d)SJ271图1.10 特高压双回路钢管塔示意图 1.2.4大跨越高塔大跨越高塔指跨越大的江河或海峡，跨越超过l000m、塔高l00m以上的输电线路铁塔。这种铁塔因外荷载大(主要是风荷载)，造成铁塔结构复杂。目前国内
