220_kV猫头型输电塔在...与断线耦合作用下的响应研究_盛金马.pdf

Industrial Construction Vol.53，No.2，2023工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期109220 kV 猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应研究盛金马1严波2常江1齐益3龚桢佳3赵宝成3(1国网安徽省电力有限公司经济技术研究院，合肥230061;2国网安徽省电力有限公司，合肥230061;3苏州科技大学土木工程学院，江苏苏州215011)摘要:利用弧长法有限元分析了猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应，研究了杆塔受弯、受扭及受弯扭的承载力变化规律、内力分布与变化规律、应力分布规律及斜材面外变形分布与变化规律，分析了不同塔型的破坏特征及覆冰厚度对杆塔承载力的影响。研究结果表明:杆塔在覆冰与断线耦合作用下，受弯使得受压侧主材及刚度突变处杆件屈服;受扭时塔头与塔身顶层横隔受力较大，使得其下方斜材屈曲;受弯扭导致塔底受压侧主材屈服及塔身斜材屈曲;杆塔覆冰后自重的增加会加剧其受压侧主材屈服及斜材屈曲，降低杆塔在断线荷载下的抗侧能力，在设计中应考虑覆冰与断线耦合作用对杆塔性能的影响。关键词:猫头型杆塔;覆冰荷载;断线荷载DOI:10.13204/jgyjzG20110507esponse esearch of 220 kV Cathead-Type Transmission TowersUnder the Coupling Loading of Icing and Broken WireSHENG Jinma1YAN Bo2CHANG Jiang1QI Yi3GONG Zhenjia3ZHAO Baocheng3(1Economic and Technological esearch Institute，State Grid Anhui Electric Power Co，Ltd，Hefei 230061，China;2State Grid Anhui Electric Power Co，Ltd，Hefei 230061，China;3School of Civil Engineering，Suzhou University of Science and Technology，Suzhou 215011，China)Abstract:The response of cathead-type transmission towers under the coupling loading of ice and broken wire werestudied by using arc length method The correlative development of bearing capacity，the development and distributionof inner forces，the stress and out-of-plane deformation of braces were analyzed The effect of ice thickness on thebearing capacities and failure modes of various types of cathead-type transmission towers were investigated The resultsindicated that when the transmission towers were under the coupling load of broken wire and icing，the yielding of thecolumn on the compression side and the members at stiffness mutation part were induced by the bending of towers;Theinternal force between the tower head and top diaphragm was relatively large when the tower body was subjected totorsion，resulting in yielding to the lower diagonal materials the column yielding on the compression side of the towerbotton combining with the brace buckling on the tower body were triggered by the torsion-bending of towers Theincrease of self weight of the tower after being covered with ice would exacerbate the bucking of main materials on thecompression side and the yielding of braces，reducing the lateral resistance of towers under broken wire load Thecoupling of ice and broken wire loads should be taken into account in the design of transmission towersKeywords:cathead-type transmission tower;ice load;broken wire load*国网安徽经研院科技项目资助(SGAHJY00GHJS1900101)。第一作者:盛金马，男，1981 年出生，高级工程师。电子信箱:qiyi7711 126com收稿日期:20201105架空输电线路杆塔结构是国家生命线工程的重要组成部分，其在自然灾害下的承载能力是电网正常运行的保障之一。2008 年和 2011 年初，我国南部多省电网因严重冰雪天气发生倒塔、断线、闪络等事故，导致大范围电网系统受到冲击和破坏，对人民生活和经济造成了严重影响。根据安徽电网调查统计:2008 年，皖西大别山腹地500 kV 宜华线11461153 号发生严重覆冰过荷载，最大等值冰厚达 20.2mm，造成 4 基杆塔倒塔;2015 年，皖南山脉的 500kV 官沥 5365/山沥 5366 线 221225 号发生严重覆冰过荷载，最大覆冰厚度达 30 mm，造成导线掉线，绝缘子、金具损坏;2018 年和 2019 年连续两年出现部分地区覆冰加重情况，对电网影响严重。可见，安徽地区杆塔的覆冰有逐年增长之势，严重覆冰引起110工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期的导、地线不平衡张力是倒塔的主要原因之一。因此，输电塔结构在覆冰与断线耦合作用下的响应研究具有重要的工程意义。目前，架空输电塔在断线与覆冰耦合作用下的性能研究较少。李国荣1 利用 ANSYS 有限元分析了 500 kV 猫头型输电塔在断线与覆冰耦合作用下的静力响应。谢强等2 通过试验研究了500 kV输电塔子结构在覆冰荷载与水平荷载耦合作用下的破坏机理，分析了有、无横隔对子结构极限承载力的影响。李正良等3 对输电塔子结构进行了静力加载试验，研究了不等边角钢交叉斜材的稳定承载力及破坏模式。夏正春等4 利用有限元程序分析了输电塔在线路断线作用下的动力响应，分析了断线后各导、地线张力与导、地线支座反力的变化规律。沈国辉等5 对大跨越输电塔绝缘子断裂的动力响应进行了研究，分析了导线跌落过程中输电塔内力的变化规律。胡位勇等6 通过有限元分析了塔线体系在不同断线工况下的受力特征，通过输电塔的应力峰值对其安全性进行了评估。严波等78 利用 ABAQUS 有限元分析了 500 kV 超高压输电塔在电线脱冰作用下的动力响应。陈祺9 对220 kV 猫头型输电塔进行了有限元非线性屈曲分析，研究了风载作用下，风攻角对输电塔非线性稳定的影响。输电塔在断线、覆冰或竖向与水平力同时作用下的研究主要采用有限元静力分析10 或子结构静力加载试验，动力分析对于结构失效过程的分析存在局限性。本文利用 ABAQUS 弧长法(iks)分析了安徽省 4 座存量 220 kV 猫头型杆塔结构在覆冰与断线耦合作用下的静力响应，研究了杆塔在覆冰与断线耦合作用下的承载力变化规律及内力、变形、应力的分布规律，分析了覆冰与断线荷载组合下各参数对 4 种塔型承载力及破坏模式的影响。1有限元建模本文研究的 4 座输电塔均为 220 kV 猫头型悬垂杆塔，三相导线、两根地线，塔型分别为 2B5-ZM2(42 m 呼高)、2K1-ZM(36 m 呼高)、2B10-ZMC2(33 m呼高)和 ZM12(32 m 呼高)，如图 1 所示。杆塔主材、斜材与辅材均为等边角钢，主材和部分斜材采用 Q345 钢材，其余为 Q235 钢材。杆塔基本信息见表 1。ABAQUS 建立的有限元模型如图 2 所示，X、Y、Z 轴方向分别对应垂直导线、顺导线和塔高方向。杆塔的主材、斜材及辅材均用梁单元 B31 进行模表 1杆塔基本信息Table 1Basic information of transmission towers序号塔型呼高/m导线规格地线规格12B5-ZM2422LGJ-400/35JLB20A-15022B10-ZMC2332LGJ-400/50JLB20A-15032K1-ZM2362LGJ-240/30JLB20A-1504ZM1232LGJ-400/50GJ-50图 1杆塔单线图Fig1Schematic description of transmission towers拟;材料为理想弹塑性本构模型，屈服强度按 GB500172017 钢结构设计标准11 取标准值;柱脚为刚接;荷载分为竖向和纵向荷载两阶段进行分析，纵向包括 5 个加载点，位于导地线悬挂处，如图 2 所示。有限元模型的钢材等级、梁单元截面尺寸及截面方向与实际一致。杆塔 2B5-ZM2 塔腿和塔身主材最大截面分别为125 10 和110 10;杆塔2B10-ZMC2 塔 腿 和 塔 身 主 材 最 大 截 面 分 别 为1258和1108;杆塔 2K1-ZM2 塔腿和塔身主材最大截面均为1108;杆塔 ZM12 塔腿和塔身主材最大截面均为907。图 2杆塔有限元模型及边界条件Fig2The finite element model and boundary conditions竖向荷载采用通用静力分析，包括塔自重与覆冰荷载、导线、金具、绝缘子在悬挂点产生的竖向荷220 kV 猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应研究 盛金马，等111载(沿 Z 轴加载)。覆冰荷载按照杆件覆冰厚度折算成杆件的等效密度，以重力方式施加1。悬挂点竖向荷载以集中力形式施加。纵向荷载(沿 Y 轴加载)采用弧长法(iks)分析，根据断线情况，将不平衡张力施加至相应的加载点。iks 分析考虑了模型几何非线性及结构的初始缺陷，施加荷载为杆塔的设计荷载。引入初始缺陷前，先进行弹性屈曲分析。屈曲分析得到的前 10 阶屈曲模态均为杆件局部屈曲，引入初始缺陷幅值取杆件长度的1/1 000。设计了 96 个有限元算例，基本信息如表 2 所示。每个塔型取 4 个覆冰厚度，前两个分别为每座塔 19 年冰区变化前、后的设计覆冰厚度，后两个覆冰厚度统一取重冰区覆冰厚度 30 mm 和 60 mm。断线工况除了 DL/T 55512018架空输电线路荷载规范12 规定的断任意 1 根导线或地线外，还增加了断任意 2 根导、地线情况。6 种断线工况使杆塔形成了受弯、受扭和受弯扭三种受力形式。算例命名形式为 Xij，其中 X 代表塔型;i 代表断线工况，i=1 6 对应加载点及加载方向分别为1(+)、2(+)、3(+)、1(+)和 4()、2(+)和 5(+)、2(+)和5();j 代表覆冰厚度。如 2B5-ZM2-4-30 表示杆塔2B5-ZM2 的覆冰厚度为 30 mm，在不同档距断加载点 1 和 4 处导线。杆塔断线荷载按每相导、地线最大使用张力分别乘 0.4 和 1.0 得到。2B5-ZM2、2B10-ZMC2、2K1-ZM2 和 ZM12 导线断线工况下的不 平 衡 张 力 分 别 为 31.515，46.67，22.86，23.335 kN;地线断线工况下的不平衡张力中，前三座塔为 43.65 kN，后一座塔为 14.45 kN。表 2杆塔有限元算例基本信息Table 2Basic information of finite element examplestower specimens算例覆冰厚度j/mm纵向加载点及方向断线工况2B5-ZM2-1-j10、15、30、60 1(+)断 1 根下相导线2B5-ZM2-2-j10、15、30、60 2(+)断 1 根地线2B5-ZM2-3-j10、15、30、60 3(+)断 1 根上相导线2B5-ZM2-4-j10、15、30、60 1(+)和 4()断不同档距2 根下相导线2B5-ZM2-5-j10、15、30、60 2(+)和 5(+)断同一档距 2 根地线2B5-ZM2-6-j10、15、30、60 2(+)和 5()断不同档距 2 根地线2B10-ZMC2-i-j 15、20、30、60 i=16同上2K1-ZM2-i-j10、15、30、60 i=16同上ZM12-i-j5、10、30、60i=16同上杆塔的承载力曲线用 LPFD/H 表示，纵坐标为水平荷载比例系数 LPF，横坐标为塔顶侧移 D 与塔高 H 之比。杆塔在受弯、受扭和受弯扭下的弯矩、扭矩分布与变化规律主要聚焦于塔身，取塔身其中6 层为对象，分析杆塔在受弯、受扭和弯扭下的弯矩、扭矩分布与变化规律。假设塔身变形符合平截面假定，将主材与斜材节点的竖向力乘以力臂得到该层弯矩 M、主材与斜材节点的水平力乘以力臂得到该层扭矩 T。其中，顶层弯矩和扭矩分别表示为M1和 T1，底层的弯矩和扭矩分别表示为 M6和 T6。根据关键时刻的 Mises 应力、变形云图及内力分布与变化曲线，对杆塔受力特征进行研究;根据不同条件下杆塔的 LPFD/H 曲线进行参数影响分析。2杆塔在覆冰与断线耦合作用下的响应以算例 2B5-ZM2-1-30、2B5-ZM2-3-30 和 2B5-ZM2-4-30 为例对杆塔在覆冰与断线作用下的响应进行分析。3 个算例的覆冰厚度均为 30 mm，断线工况为“1”“3”“4”，分别对应杆塔受弯扭、受弯和受扭。2.1承载力发展规律杆塔受弯承载力曲线如图 3 实线所示，可知，LPF值随 D/H 的增大而线性增长;当 LPF达到2.69 时曲线达到最大值，随后趋于水平。杆塔受扭承载力曲线如图 3 点划线所示，可知，当 D/H 小于 0.28%时曲线线性增长;当 D/H 等于 0.28%时 LPF达到最大值 1.71，随后开始下降。杆塔受弯扭承载力曲线如图 3 虚线所示，可知，LPF值在前期随杆塔侧向变形增加而线性增长;当 D/H 等于 0.38%时曲线出现第 1 个拐点;当 D/H 等于 0.46%时 LPF达到最大值2.44，随后开始下降。杆塔受弯极限状态对应杆件应力达到屈服强度，随着单元的塑性发展加剧，有限元软件停止运算;受扭 LPF达到峰值后曲线开始下降，说明杆塔发生了整体或局部屈曲;受弯扭承载力曲线在达到峰值前出现了拐点，但对结构承载力影响较小，随后曲线达到峰值并迅速下降，此时有杆件发生屈曲。从曲线发展规律可以看出，杆塔受弯延性最好、受扭延性最差。由于施加荷载不同，无法通过 LPF值及曲线斜率比较三者的承载力和刚度。为进一步说明，将引入 Mises 应力云图和局部变形云图进行分析。2.2极限状态图 4a c 分别为算例 2B5-ZM2-3-30(受弯)、2B5-ZM2-4-30(受扭)和 2B5-ZM2-1-30(受弯扭)在D/H 达到最大时的 Mises 应力和局部变形云图，其中 U1代表杆塔的横向位移，反映斜材的面外变形。如图 4a 所示，受弯塔应力较大处为塔腿、塔身和塔头的主材，最大应力(345 MPa)出现在塔身底层的受压主材，此时杆件达到材料屈服强度。如图 4b 所示，受扭塔应力较大处为塔头和塔身斜材，最大应力(320.6 MPa)出现在塔身顶层横隔112工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期2B5ZM2330;2B5ZM2130;2B5ZM2430。图 3受弯、受扭与受弯扭杆塔 LPF-侧移角曲线Fig3LPF-drift ratio curves of towers under bending，torsion and bending-torsion处，未达到材料屈服强度;瓶口下方两层的斜材发生屈曲，形成两个半波，波峰处挠度分别为 86.6 mm和 40.8 mm。图 5a 为该支撑波峰处的挠度曲线，面外挠度在前期很小，当 D/H 达到 0.25%时曲线出现拐点并开始陡增，此拐点的 D/H 与图 3 相应曲线峰值对应的 D/H 十分接近，认为此时杆塔发生了局部失稳。a2B5-ZM2-3-30(受弯);b2B5-ZM2-4-30(受扭);c2B5-ZM2-1-30(受弯扭)。图 4受弯、受扭与受弯扭杆塔的应力(Pa)与局部变形(mm)Fig4Stresses and deformation of towers underbending，torsion and bending-torsion如图4c 所示，受弯扭塔应力较大处为塔头、塔身主材及位于断线侧的斜材，最大应力(332.9 MPa)处于塔身底层断线侧受压主材，未达到材料屈服强度;塔身 3、4、5 层位于断线侧的斜材有不同程度屈曲，其中第 4 层斜材面外挠曲最严重，波峰挠度分别为68.2 mm 和 62.5 mm。图 5b 为该支撑波峰处的挠度曲线，曲线值在前期很小，当 D/H 达到 0.37%时曲线出现拐点并开始陡增，可认为斜材屈曲。该拐点的 D/H 与图 3 相应曲线第一次拐点对应的 D/H一致，说明塔身中部斜材屈曲对承载力产生了一定影响，但未使承载力立刻下降。a2B5-ZM2-4-30;b2B5-ZM2-1-30。图 5杆塔斜材面外挠度塔头侧移角曲线Fig5elations between out-of-plane deflection ofbraces and sideway ratio of stories of tower head2.3内力分析2B5-ZM2-3-30(受弯)的内力分布及变化规律如图 6 所示。由图 6a 可以看出，杆塔受弯时，同一层主材形成受拉和受压侧，竖向力大小由高到低逐渐增大。因塔受竖向荷载作用，同一层受压侧主材的竖向力大于受拉侧，各层竖向拉力和压力均匀分布。水平力由每层 4 个连接节点 X、Y 方向的分力表示，当杆塔 Y 方向水平力无偏心时，各层 X 方向内力大小相等、方向相反，如图 6b 所示。可以看出，受弯塔水平力相对较小，沿高度均匀分布，但塔头瓶口处水平力明显大于塔身其他部位水平力。a竖向力分布;b水平力分布;c弯矩变化曲线。图 62B5-ZM2-3-30 内力分布与发展规律Fig6Internal force distribution and development laws of 2B5-ZM2-3-3塔身各层弯矩 M 如图6c 所示，M2M6曲线斜率逐渐增大，且随 D/H 增大均线性增长，M1在加载初期大于M2，与M3几乎重合，D/H 大于0.2%后曲线出现拐点，此后逐渐趋于水平，当 D/H 约为 0.3%时，M1220 kV 猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应研究 盛金马，等113小于 M2。塔身弯矩分布规律基本符合悬臂构件的受力特征，瓶口处虽然水平力较大但弯矩相对较小，对结构承载力影响不大。对于 2B5-ZM2-3-30 而言，塔身承载力曲线与弯矩变化规律基本相同，但未出现水平段，弯矩峰值与结构承载力最大值对应。图 7a 为 2B5-ZM2-4-30(受扭)竖向力分布，因塔受竖向荷载作用，杆塔的竖向力均为压力，几乎每层的竖向力均匀分布。由于塔身顶端斜材发生屈曲导致该层竖向力分布不均匀，发生屈曲的斜材的节点竖向力几乎为 0。由图 7b 可以看出，受扭塔水平力基本沿高度均匀分布，瓶口处的水平力明显大于塔身其他部位的。受扭杆塔的竖向力虽然大于水平力，但水平力对结构的影响更大。图 7c 绘制了塔身各层的扭矩 T 变化曲线，T1 T5变化趋势与图 3 曲线变化趋势相同，T1远大于其他曲线，T6在其他曲线达到最大值前几乎为常数，T2T5逐渐减小。杆塔因断线受扭时，瓶口处的扭矩最大，该处由轴力承担扭矩的支撑的受力最大，竖向力对主材承载力需求相对较小。对于杆塔 2B5-ZM2-4-30 而言，该处的支撑因受压屈曲导致结构承载力下降。a竖向力分布;b水平力分布;c扭矩变化曲线。图 72B5-ZM2-4-30 内力分布与发展规律Fig7Internal force distribution and development laws of 2B5-ZM2-4-30图 8a 为 2B5-ZM2-1-30(受弯扭)的竖向力分布，受弯扭塔的竖向力分布规律与受弯和受扭塔不同，受拉侧竖向力远小于受压侧，且塔身上部的受拉侧竖向力为压力，随着高度减小逐渐转变为竖向拉力;受压侧竖向力在各层不均匀分布，断线侧的竖向压力略大。由图 8b 可以看出，断线侧横向和纵向水平力较大，基本沿高度均匀分布，瓶口处的水平力明显大于其他部位水平力(为保证显示效果，未给出瓶口的水平力)。图 8c，d 分别为塔身各层的弯矩和扭矩变化曲线。与受弯塔类似，受弯扭塔的 M1M6与图 3 相应曲线发展趋势相同，塔身底部弯矩最大;与受扭塔类似，受弯扭塔的 T1 T6变化趋势与曲线变化趋势相同，T1远大于其他曲线;与受扭塔不同，受弯扭塔身断线侧的水平力和竖向力均较大，该侧斜材受力也较大，特别是横隔附近。对于杆塔2B5-ZM2-1-30 而言，塔身横隔附近断线侧的三段斜材发生了不同程度的屈曲，最终导致结构承载力下降。a竖向力分布;b水平力分布;c弯矩变化曲线;d扭矩变化曲线。图 82B5-ZM2-1-30 的内力分布与发展规律Fig8Internal force distribution and development laws of 2B5-ZM2-1-303覆冰与断线耦合作用下的参数影响分析以 2B5-ZM2 为例对杆塔在覆冰与断线耦合作用下的 LPFD/H 曲线进行分析，覆冰厚度为 10，15，30，60 mm，断线工况为“16”，加载点和加载方向为1(+)、2(+)、3(+)、1(+)和4()、2(+)和5(+)、2(+)和 5()。图 9 为受弯杆塔承载力曲线，可知:2B5-ZM2-3-j 曲线的发展规律基本一致，在加载初期曲线线性增长，到达最大值后进入水平阶段，杆塔抗侧能力随覆冰厚度增加而减小;覆冰厚度由 30 mm增加到 60 mm，2B5-ZM2-3-60 的承载能力和变形能力比 2B5-ZM2-3-30 明显下降;与 2B5-ZM2-3-j 断 1根上相导线相比，2B5-ZM2-5-j 在同一档距断 2 根地114工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期线时的 LPF值整体要小于前者。随着覆冰厚度增加，2B5-ZM2-5-j 抗侧能力随之减小，LPF峰值相对接近，主要是由于该工况加载点位于塔顶地线悬挂点，除了塔身底层受压侧主材屈服外，塔头主材和辅材也出现了不同程度的屈服，曲线未出现水平段。2B5-ZM2-3-j(断 1 根上相导线)与 2B5-ZM2-5-j(同一档距断 2 根地线)的受力特征接近，但后者延性较差，主要因为后者横担与上曲臂受力更加集中。图 9受弯 2B5-ZM2 的 LPFD/H 曲线Fig9LPFD/H curves of 2B5-ZM2 under bending图 10受扭 2B5-ZM2 的 LPFD/H 曲线Fig10LPFD/H curves of 2B5-ZM2 under torsion受扭杆塔的 LPFD/H 曲线如图 10 所示，可知:2B5-ZM2-4-j 曲线发展规律基本相同，承载力峰值随覆冰厚度增加而减小，承载力达到峰值后的下降均由瓶口下方斜材屈曲引起，覆冰厚度 60 mm 的曲线明显低于该系列其他曲线，且出现了两次拐点，分别对应横隔下方和瓶口下方斜材屈曲;与 2B5-ZM2-4-j不同档距断 2 根下相导线相比，2B5-ZM2-4-j 不同档距断 2 根地线，在同一覆冰厚度下的 LPF值小于前者，而延性大于前者。这是由于断 2 根下相导线使得杆塔在塔头与塔身交界处受力较大，其下方斜材易屈曲，而不同档距断两根地线使得塔头曲臂与横担能分担一部分受力，在一定程度上削弱了前者的受力集中。2B5-ZM2-6-j 抗侧能力随着覆冰厚度增加而减小，曲线峰值相对接近，未出现下降段，这主要是因为该工况加载点位于塔顶地线悬挂点，虽然瓶口下方斜材屈曲，但塔头主材和辅材也发生不同程度的屈服。60 mm 覆冰杆塔 2B5-ZM2-6-60 的竖向力较大，因此加剧了斜材屈曲，在塔头杆件充分塑性发展前，杆塔承载力即开始下降。2B5-ZM2-6-60承载力曲线峰值明显小于该系列其他曲线峰值，有明显的下降段。受弯扭杆塔承载力曲线如图 11 所示，可知:2B5-ZM2-1-j 中 LPF的曲线发展规律几乎一致，线性增长后出现第一个拐点，对应塔身横隔下方断线侧斜材屈曲，随后曲线出现峰值并下降，且峰值随覆冰厚度增加而减小。2B5-ZM2-4-60 的抗侧能力明显小于其他算例，主要是由于较大竖向力加剧了塔身在断线侧的横隔下方三层和顶层的斜材发生屈曲，且塔身底层断线侧受压主材有压屈趋势。与 2B5-ZM2-1-j 断 1 根下相导线相比，2B5-ZM2-2-j 为断 1根地线的初始荷载更大，同一覆冰厚度下 2B5-ZM2-2-j 的峰值小于 2B5-ZM2-1-j 的峰值;2B5-ZM2-2-jLPF曲线值在前期十分接近。这是由于断 1 根地线使得塔头受力相比断 1 根下相导线的受力更加集中，对于杆件发挥受力性能不利。2B5-ZM2-2-j 曲线峰值随覆冰厚度增加而减小，覆冰厚度为 10 mm 和15 mm算例 2B5-ZM2-2-10 和 2B5-ZM2-2-15 的塔身支撑未发生屈曲，承载力达到最大值时塔身底部断线侧受压主材和塔头横担主材及辅材有不同程度的屈服。覆冰厚度为 30 mm 和 60 mm 算例 B5-ZM2-2-30 和 2B5-ZM2-2-60 的峰值达到最大值时，塔头横担主材和斜材发生不同程度屈服，塔身横隔上、下断线侧斜材屈曲。塔身底层断线侧主材有压屈趋势，2B5-ZM2-2-60 受压主材的面外挠度最值达到 9 mm。图 11受弯扭 2B5-ZM2 的 LPFD/H 曲线Fig11LPFD/H curves of 2B5-ZM2 under bending and torsion杆塔 2K1-ZM、2B10-ZMC2 和 ZM12 在覆冰与断线耦合作用下的 LPF峰值及破坏模式如表 3 所示。从整体上看，杆塔抗侧能力随覆冰厚度的增加而降低，破坏模式受覆冰厚度影响较小，每种断线工况的破坏模式基本一致，各塔型间的破坏模式略有不同。杆塔 2B10-ZMC2-3-j、2K1-ZM-3-j、ZM12-3-j 和 2B10-ZMC2-5-j、2K1-ZM-5-j、ZM12-5-j 受弯，LPF峰值随覆冰厚度增加下降幅度较大，破坏模式为塔身横隔附近或塔腿受压侧主材屈服，说明杆塔横隔对其抗220 kV 猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的响应研究 盛金马，等115表 3杆塔的 LPF峰值与破坏模式Table 3Peak values of LPFand failure modes算例LPF峰值破坏模式算例LPF峰值破坏模式2B10-ZMC2-1-153.102B10-ZMC2-1-203.092B10-ZMC2-1-303.072B10-ZMC2-1-602.732B10-ZMC2-2-152.852B10-ZMC2-2-202.792B10-ZMC2-2-302.732B10-ZMC2-2-602.402B10-ZMC2-3-154.202B10-ZMC2-3-204.132B10-ZMC2-3-303.872B10-ZMC2-3-603.042B10-ZMC2-4-152.172B10-ZMC2-4-202.152B10-ZMC2-4-302.132B10-ZMC2-4-601.982B10-ZMC2-5-152.132B10-ZMC2-5-202.052B10-ZMC2-5-301.962B10-ZMC2-5-601.532B10-ZMC2-6-152.572B10-ZMC2-6-202.572B10-ZMC2-6-302.512B10-ZMC2-6-602.482K1-ZM2-1-103.942K1-ZM2-1-153.942K1-ZM2-1-303.932K1-ZM2-1-603.912K1-ZM2-2-103.012K1-ZM2-2-152.992K1-ZM2-2-302.872K1-ZM2-2-602.582K1-ZM2-3-102.742K1-ZM2-3-152.702K1-ZM2-3-302.642K1-ZM2-3-602.40塔头断线侧下曲臂及塔腿底部的主材屈服断线侧的塔头瓶口、上曲臂、塔腿底部主材屈服塔身横隔下方受压侧及塔腿底部受压侧主材屈服瓶口主材屈服及横隔下方斜材屈曲塔身横隔下方受压侧及塔腿底部受压侧主材屈服塔头曲臂及瓶口主材屈服塔身上部断线侧斜材弹塑性屈曲断线侧的塔头瓶口、上曲臂及塔身上部的主材屈服塔身、塔腿及塔脚受压侧主材屈服2K1-ZM2-4-102.372K1-ZM2-4-152.372K1-ZM2-4-302.352K1-ZM2-4-602.342K1-ZM2-5-101.972K1-ZM2-5-151.942K1-ZM2-5-301.852K1-ZM2-5-601.602K1-ZM2-6-101.702K1-ZM2-6-151.702K1-ZM2-6-301.692K1-ZM2-6-601.66ZM12-1-51.51ZM12-1-101.51ZM12-1-301.50ZM12-1-601.39ZM12-2-52.49ZM12-2-102.39ZM12-2-302.23ZM12-2-601.94ZM12-3-51.31ZM12-3-101.28ZM12-3-301.16ZM12-3-600.95ZM12-4-50.78ZM12-4-100.78ZM12-4-300.77ZM12-4-600.76ZM12-5-51.44ZM12-5-101.37ZM12-5-301.30ZM12-5-601.07ZM12-6-52.14ZM12-6-102.06ZM12-6-302.05ZM12-6-601.90瓶口下方斜材弹塑性屈曲瓶口、塔身、塔腿及塔脚受压侧主材屈服塔头曲臂、瓶口主材及塔身上部斜材屈服塔身第 3 层上部去曲臂断线侧主材屈服塔身第 3 层与第 4 层横隔间断线侧受压主材屈服塔身第 3 层横隔上方及塔脚侧受压侧主材屈服塔身第 3 层横隔上方斜材屈服塔身第 3 层与第 4 层横隔间受压侧斜材屈服塔头上、下曲臂主材屈服侧移刚度分布影响较大。受扭杆塔 LPF峰值受覆冰厚度影响较小，在杆塔 2K1-ZM2-1-j、2K1-ZM2-4-j、2K1-ZM2-6-j 和 ZM12-4-j 塔身顶部斜材或瓶口主材发生屈服，杆塔 2B10-ZMC2-4-j、2K1-ZM-4-j、ZM12-4-j 和2B10-ZMC2-6-j、2K1-ZM-6-j、ZM12-6-j 塔头及塔身顶部 主 材 屈 服。杆 塔 2B10-ZMC2-1-j、2K1-ZM-1-j、ZM12-1-j 和 2B10-ZMC2-2-j、2K1-ZM-2-j、ZM12-2-j 受弯扭，破坏模式为断线侧塔头主材、塔身顶部斜材因杆塔受扭屈服;断线侧受压塔主材因杆塔受弯屈服。上述受弯、受扭、受弯扭杆塔的破坏模式及覆冰厚度对杆塔承载力影响基本与杆塔 2B5-ZM2 的分析结果一致。4结论本文设计了 6 种典型的杆塔断线工况、4 种有代表性覆冰厚度，研究了 4 种 220 kV 猫头型输电塔在覆冰与断线耦合作用下的承载力变化规律、内力分布与变化规律、应力分布规律及斜材面外变形分布与变化规律。主要结论如下:1)杆塔因断线受弯通常是塔身受压侧主材屈服，塔身横隔、塔身底层及塔脚等刚度较集中处附近受压主材易发生屈服，覆冰产生的竖向力会加剧杆塔承载力下降;2)杆塔因断线受扭时，受力较大处集中于塔头，瓶口处扭矩较大，瓶口下方斜材主要在水平力作用下屈曲，覆冰产生的竖向力对杆塔承载力影响较小;3)杆塔因断线受弯扭综合了杆塔受弯和受扭的受力特点，塔身断线侧受压主材先屈服，瓶口下方(下转第 182 页)182工业建筑2023 年第 53 卷第 2 期快速且结果较为准确的优点，为线路设施巡检和滑坡灾害风险的快速响应提供了新的思路。主要结论如下:1)基于无人机遥感获取的坡表激光点云数据，结合 ArcMap 及 hino 软件可以建立坡体精细化的几何模型及数值计算模型。2)在 FLAC3D 中进行了二次开发，提出了根据临界位移值识别滑坡体并计算滑坡体体积的方法。3)量化分析了强度参数变异系数与滑坡灾害风险的关系，得到了强度参数变异系数与滑坡灾害风险的关系云。参考文献 1张茂省 地质灾害风险管理理论方法与实践M 北京:科学出版社，2021 2吴越，向灵均，吴同情，等 基于受灾体空间概率的滑坡灾害财产风险定量评估 J 岩石力学与工程学报，2020，39(增刊2):34643474 3殷坤龙 滑坡灾害风险分析 M 北京:科学出版社，2010 4林阿娜，王浩，颜斌，等 邻近输电塔路堑边坡失稳风险定量评估及加固工程设计优化J 中国地质灾害与防治学报，2019，30(2):1929 5李典庆，肖特，曹子君，等 基于高效随机有限元法的边坡风险评估J 岩土力学，2016，37(7):19942003 6余加勇，薛现凯，陈昌富，等 基于无人机倾斜摄影的公路边坡三维重建与灾害识别方法J 中国公路学报，2022，35(4):7786 7贾曙光，金爱兵，赵怡晴 无人机摄影测量在高陡边坡地质调查中的应用 J 岩土力学，2018，39(3):11301136 8金爱兵，陈帅军，赵安宇，等 基于无人机摄影测量的露天矿边坡数值模拟J 岩土力学，2021，42(1):255264 9邱亚辉，申红梅，范冬丽，等 无人机航测技术在大型露天采坑监测中的应用J 煤炭工程，2021，53(4):8487 10 Itasca ConsultingGroupIncAdvancedgridgenerationforengineers and scientists griddle and block ranger users guideM Minneapolis:Itasca Consulting Group Inc，2017:106109 11 袁维，胡叶江，李小春，等 一种基于位移场分析的临界滑动面确定方法研究J 岩土力学，2016，37(6):17911798 12 DOU H G，HAN T C，GONG X N，et al Probabilistic slopestabilityanalysisconsideringthevariabilityofhydraulicconductivity under rainfall infiltration-redistribution conditions JEngineering Geology，2014，183:113(上接第 115 页)及塔身横隔附近斜材在水平力和竖向力共同作用下屈曲，断线侧受压主材的竖向