基于有限元法的特高压输电杆塔基础变形的研究FengliYang,JingboYang,JunkeHan,ZifuZhang摘要杆塔基础在煤矿采空区上方很容易变形，会严重威胁到安全运行的高压(特高压)的输电线路。在本文中，利用普通的软件ANSYS建立一个典型的有限元模型的1000-kV特高压交流传动杆塔，和轴力的复数以及它们的变化趋势在不同负载情况下进行了分析，其中包括地基沉降,滑动,和倾角结合正常的设计案例。用有限元方法为不同工况下的地基变形进行杆塔分析测定。它表明了有限元情况下拉伸变形、横向变形，不均匀沉降,以及水平滑动减少，依次，用相同的荷载，基础变形的有限值在60°以下风偏时为最小，是控制负载情况下的基础变形。有限值通过计算沉陷不低于现行规定，用管理的方式去评价这种压力是很危险的，但是杆塔基础变形在匡正过程中，轴力参数是除了承载力的水平滑动和杆塔处于安全状态以外最关键的。关键词基础变形，煤矿采空区，有限元，校正，特高压输电塔。I.简介根据地形特征的限制和走廊条件，输电线路通常通过采空区的煤矿，在中国一些不超过500千伏的输电线路穿越了废弃的矿区。输电线路杆塔基础将会被沉降，倾斜或者滑动所毁坏。然后，随着塔腿的张开度和高度差的变化，塔结构将承受更高得附加负载，塔体的一部分或者整个的塔体将会被毁坏，直接威胁铁塔安全及线路的稳定运行。目前在我国煤矿采空区已建成的输电线路中，已有多处铁塔基础发生沉降、倾斜或滑移[1-8]，如内蒙古乌海伊公线50号铁塔，山西省长治市境内的110kV漳库I、II回15~22号铁塔，库襄线2~6、17~44号铁塔,220kV漳长I、II回11~15号铁塔，阳淮500kV输电线路第3回的S号塔及第2回的G号铁塔，贵州省境内的220kV输电线路站鸡I回021铁塔，西安110kV北西线25号铁塔等。我国已开工建设晋东南—南阳—荆门1000kV特高压输电线路工程，特高压输电线路电压等级高、容量相当于4~6条500kV输电线路的输送容量[5]，一旦发生事故，对整个系统的稳定和受端电网将造成灾难性的冲击，特高压线路的安全稳定运行关系着我国能源结构的安全，这对线路的可靠运行提出了更高要求。特高压线路在山西、河南,将穿越较长的煤矿采空区，采空区特高压铁塔基础发生形变后以及扶正过程中铁塔受力情况成为人们关注的问题。根据输电线路基础设计技术规定中对不同塔高的地基沉降变形值做出了相关规定，而对基础不均匀沉降和发生水平滑移等情况的限值还没有明确规定，目前，对采空区基础变形铁塔的研究大多数集中在变形后铁塔基础的扶正或加固技术方面，而对基础变形后以及扶正过程中铁塔的状况缺乏深入研究。由于对基础变形特高压铁塔进行真型试验研究耗资巨大，且难以实现。因此有必要通过对基础发生沉降、倾斜或滑移后的铁塔结构进行内力分析，给出铁塔在正常运行工况下沉降量、倾斜量或滑移量限值；对扶正过程中的铁塔进行内力分析，得到铁塔杆件的内力变化趋势，为煤矿采空区特高压输电铁塔基础变形后及扶正过程中的健康状况评价提供参考和依据。II.分析插图选取晋东南—南阳1000kV线路中的ZBS2直线塔进行分析，该塔满足大风、覆冰、安装等正常工况的使用要求。1000kV交流特高压输电线路采空区杆塔采用大板基础，其荷载情况及使用条件为：设计风速在10m参考高度为30米/秒,设计冰层的厚度是10毫米。这座塔的高度58.5米下围是12米。金属导线与地线的水平和垂直分别被设计为560m和800米。导体与地线的类型是LGJ-500/35和JLB20A-170。计算规格和假设如下。有限元分析计算方法在[12]和[13]中是考虑的规格，被用于在煤矿采空区的基础变形的塔的结构分析，塔的应力状态是根据有限元计算结果来估计的。设计的成员的承载力可以通过[12]和[13]中的公式来计算。设计力量被假定为和成员力量的临界值一样。分析案例的总数为34，案例的图解在图2中显示出来。分析主要集中于结汇、倾角、或滑动的基础变形，与工作负荷量为90风，60风，10mm附冰荷载以及安装负荷相结合。在不同负荷案例下的有变化的成员力量是由有限元计算分析算出来的。3)风向和基础变形的关系显示在图三。编号A、B、C、D是指塔的四个节点足。A-C变形是在与风相反的方向，B-D变形是沿着风向朝下的。风向之间的关系及地基变形是显示在图3。号码A、B、C、D是指塔的四个节点足。A-C变形以及队伍在相反的方向的风、变形B-D队伍在沿下风向。基柱环梁底板图1.大型基础底板简图III.分析模型一般的有限元分析软件是被应用于基础变形[14],[15]的塔结构分析。支柱成员和中级成员分别模拟了塔的BEAM4元素和Link8元素。BEAM4是一种带有电压，压型，扭力和弯曲能力的单