基于ABAQUS的重冰区铁塔仿真分析与试验研究

陈忠¹，田红¹，许维忠¹，阎晓铭²

(1. 宜昌电力勘测设计院有限公司，湖北 宜昌443003）

(2. 三峡大学电气与新能源学院，湖北 宜昌443002)

基金项目：国网湖北省电力有限公司科技项目(5215H0170003)

作者简介：陈忠(1974—)，男，高级工程师，工学硕士，主要研究方向为输电线路杆塔设计与结构优化，ycgdgscz@126.com.

摘要：基于有限元分析软件ABAQUS建立220 kV重冰区铁塔2K21-ZBC3-27和2K31-JC1-18的三维模型，对其进行不同工况下的线性静力仿真计算。对此两基铁塔进行真型试验，记录不同工况下铁塔测点位移和应变值，试验结果表明铁塔整体强度满足规范和工程要求。对模型计算的节点位移和杆件静力应变与实际试验数据进行比较，结果表明，ABAQUS有限元模型模拟计算的铁塔节点位移和杆件静力应变与实际情况相符，采用梁—桁架单元能够较好地反映塔材应力变化规律。

关键词：ABAQUS；铁塔；重冰区；仿真；试验

中图分类号：TM753   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)03-0071-06

随着各地电网建设的不断完善和风电送出线路等在重冰区的逐步建设，220 kV不同结构型式的重冰区铁塔应用越来越广泛。现行输电线路设计规范［1］和重冰区输电线路设计规范［2-3］实施后，线路的倒塔或塔头部分破坏现象已经大大减少，但是冬季山区覆冰时期重冰区线路仍然会发生杆塔整体或局部破坏，特别是在杆塔前后档高差较大，不均匀脱、覆冰严重和覆冰厚度超厚、覆冰的同时风速过大等微气象区，杆塔破坏概率较大。因此有必要对此类杆塔进行仿真分析，以验证杆塔的整体结构强度和安全性能是否满足不同工况下的使用要求。

重冰区铁塔是重冰区输电线路的支撑，常见的重冰区铁塔为角钢塔或钢管塔。有别于常规直线塔的控制工况为大风工况，重冰区直线塔的控制工况为覆冰工况，因为覆冰时导地线和铁塔受风面增加，同时风速也相应增加，致使横向覆冰风荷载相比轻、中冰区铁塔有所增加。重冰区耐张塔的控制工况为验算覆冰，此时导地线的张力达到最大值。相比于常规塔，重冰区塔往往承受更大的导地线张力、覆冰横向风荷载、垂直荷载、断线和不均匀覆冰引起的扭矩等，因此塔头尺寸、根开、塔材规格、质量等更大。

针对重冰区杆塔的ABAQUS结构仿真分析成果较少。易文渊［4］、陈科全等［5］利用ABAQUS软件做过有关导线脱冰动力响应的分析；薛琰［6］、李明轩［7］利用ABAQUS软件做过杆塔基础承载特性数值和上拔性能分析。本文利用ABAQUS软件对重冰区铁塔进行不同工况下的受力仿真模拟，以实际工程中应用的不同塔型为例进行真型试验，对模拟计算结果与真型试验结果进行对比分析，为重冰区铁塔的优化设计提供参考。 