风荷作用下的输电塔结构倒塌破坏分析

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1、风荷作用下的输电塔结构倒塌破坏分析摘要：输电塔-线体系作为高负荷电能的输送载体，是一种重要的生命线工程。随着人民生活水平的不断提高和国家经济建设的快速发展，其安全性越来越受到广泛的关注。本文采用ABAQUS有限元软件，并基于显式有限单元法与生死单元法对输电塔线体系进行倒塌破坏分析。分析方法表明：本文提出的方法不仅可以清晰有效地模拟输电塔-线体系在风荷载作用下的倒塌行为和倒塌路径，而且有助于设计者可以依据结构的破坏过程对输电塔结构进行加固等。Abstract：Transmissiontowerlinosystem,asthecarrierofhighload

2、powertransmission，isakindofimportantlifelineengineering・Withthecontinuousimprovementofpeople'slivingstandardandtherapiddevelopmentofnationaleconomicconstruction,itssecurityhasgottenmoreandmoreattention.Inthispaper,theABAQUSfiniteclementsoftwareisusedtoanalyzethecollapseofthetransm

3、issiontowerlinesystembasedontheexplicitfiniteelementmethodandthelifeanddeathelementmethod.Theanalyticalmethodshowsthattheproposedmethodcansimulatethecollapsebehaviorandcollapsepathoftransmissiontowerlinesystemunderwindloadandhelpthedesignerstostrengthenthetransmissiontowerstruetur

4、ebasedonthestructureofthedamageprocess.关键词：输电塔线体系；动力特性分析；显式有限单元法；倒塌破坏行为Keywords:transmissiontowerlinesystem；dynamiccharacteristicanalysis；explicitfiniteelementmethod；collapsebehavior中图分类号：TM753文献标识码：A文章编号：1006-4311(2016)35-0141-020引言越来越多的输电塔倒塌事故，使得人们对输电塔结构的安全运行能力颇为关注。特别是针对跨越高铁、河道、

5、公路的输电线路，塔体结构的安全度不仅关系到国家电网自身的安全运行，也关系到人民群众的生命安全。因此，针对于这类极易受到外界荷载影响的输电塔结构，如何能对其进行准确、高效的分析与设计，并且评估其安全性能、倒塌性能、可修复情况等，都是冃前亟待解决和研究的问题[1-3]o输电塔-线体系作为高负荷电能输送的载体，是一种重要的牛命线工程。因此，本文借鉴建筑行业高层和超高层结构的设计方法，提出采用ABAQUS有限元软件，并基于显式有限单元法与生死单元法对输电塔线体系进行倒塌破坏分析。1倒塌分析方法1.1结构倒塌模拟软件ABAQUS是美国ABAQUS公司的核心产品，是国

6、际上最先进的人型通用有限元分析软件之一，具有强大的计算功能和广泛的模拟性能，拥有大量不同种类的单元模型、材料模型，以及分析过程等。无论是分析简单的线弹性问题，还是处理复杂的非线性问题；无论是分析静态和准静态问题，还是处理稳态和动态问题；无论是采用隐式求解方法，还是应用显式求解方法，ABAQUS软件的计算与分析结果都令人非常满意，在工程领域倍受信赖。ABAQUS/CAE、ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit是ABAQUS软件核心的要素，其中ABAQUS/CAE是一个全面支持求解器的前后处理模块，另外两个模块则是软件最为依仗的两种求解

7、方法［4］。ABAQUS/Explicit是一种显式求解方法，可以实现显式动态分析，适用于求解复杂非线性动力学问题和准静态问题，特别适用于模拟短暂、瞬时的动态事件（如:倒塌、爆炸、冲击等）oABAQUS/Explicit的求解仅依赖于一个稳定增量步长，而与载荷的类型和持续时间无关。它的求解方法是在时间域内以很小的时间增量步向前推出计算结果，而无需在每一个增量步求解耦合的系统方程等。因此ABAQUS/Explicit可以大大节省计算吋间，高效地求解复杂的非线性问题。本文建立的输电塔-线体系模型，主要是用于模拟输电塔-线体系在强风荷载作用下的倒塌全过程。因为荷

8、载是时刻发生变化的，结构响应也变化的非常快，为了更精确地分析构件瞬