强震下大跨越输电塔-线体系倒塌破坏机理与控制策略研究

The simulation of the whole progressive collapse process, the investigation of collapse mechanism, and the method of control of the major engineering structure under strong earthquake have become hot issues in current research. By theoretical analysis, numerical simulation and experimental research, the progressive collapse mechanism and resistance of long transmission tower-line system under strong earthquake are investigated. Multi-component multi-support ground motions at flat or uneven complex sites are simulated, and the influence of ground motion spatial variation effect on elastic-plastic response of long span transmission tower-line system are studied. The reasonable simulation method of collapse analysis is established, and the whole progressive collapse process is simulated, and the collapse experiment of the model by multiple shaking tables is carried out. Based on numerical simulation and experimental research, the collapse mechanism of the structure is revealed and the criterion of the collapse of the structure is established. The strategies of collapse resistance are proposed by the structure itself and vibration control. This study has a very important significance to improve the seismic capacity of long span transmission lines and ensure the safety of the structure.

对重大工程结构进行强地震作用下的连续倒塌全过程模拟，研究其连续倒塌过程中的破坏机理，并提出相应的控制方法已成为当前研究的热点问题。本项目拟采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，研究强震下大跨越输电塔-线体系连续倒塌破坏机理及抗倒塌破坏的对策。模拟生成平坦或山丘谷底交错等复杂场地上多维多点地震动，研究空间变化地震动效应对大跨越输电塔-线体系弹塑性反应的影响规律；建立合理模拟倒塌分析的方法，模拟大跨越输电塔-线体系连续倒塌破坏的全过程，开展大跨越输电塔-线体系模型倒塌破坏的多点振动台试验研究；结合数值模拟和试验研究，揭示这种结构连续倒塌过程中的破坏机理，进而建立大跨越输电塔-线体系连续倒塌破坏的判别准则。分别从结构本身和振动控制出发，提出大跨越输电塔-线体系抗连续倒塌的对策。本项目的研究对于提高大跨越输电线路的抗震能力，保证结构的安全性具有十分重要的意义。

随着“西电东输”、“北电南送”以及“全国联网”电力发展战略的提出，电力资源的重要性愈发明显。输电塔-线体系作为高负荷电能输送的载体，是重要的生命线工程，一旦失效或遭到破坏，会严重降低其它生命线系统的机能，另外还极大程度上影响其它系统的恢复时间，给国民经济和社会造成巨大的损失。我国大多数输电线路需要穿越高烈度地震区，随着输电塔高度和输电线档距的增加，地震导致的输电塔倒塌破坏的现象不断出现。目前，对于结构连续性倒塌破坏的研究主要集中在高层、网架等结构，而对于输电塔-线体系结构倒塌破坏过程模拟还没有，对其倒塌破坏机理还不清楚。. 项目对强震下大跨越输电塔-线体系连续倒塌破坏过程进行模拟，通过理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法，揭示结构连续倒塌过程中的破坏机理，建立结构倒塌破坏的判别准则，并提出结构抗连续倒塌破坏的对策。基于基岩的功率谱和相干函数，利用波传播理论，模拟了不同高差地表处多维多点地震动，提出一种有效合成平坦或山丘谷底交错等复杂场地上多维多点地震动的方法。基于ABAQUS有限元软件，编写了可以考虑材料损伤累积效应和杆件失稳效应的倒塌模拟用户材料子程序VUMAT。根据实际工程，建立了大跨越输电塔-线体系有限元分析模型，分析了多维多点地震激励下输电塔-线体系的响应，通过增量动力分析（IDA），提出新的变量以评估输电塔的抗倒塌能力和判断其破坏位置；提出了两种判定杆件失效的模拟方法，并比较了两种失效模式的结构倒塌全过程。开展了强震下大跨越输电塔-线体系连续倒塌过程的振动台试验研究，并与数值模拟结果进行对比分析。开展了输电塔-线体系振动控制研究，研发了新型减震控制装置，并模拟了空间变化地震动作用下输电塔-线体系振动控制响应。建立了不同基础类型的桩-土-输电塔三维有限元分析模型，开展了考虑结构-介质相互作用输电塔-线体系地震响应研究。. 本项目的研究有利于提供结构抗连续倒塌破坏的设计方法及对策，对改善大跨越输电塔-线体系的抗震性能、提高大跨越输电塔-线体系结构在强震下的抗倒塌能力以及使用安全性具有重要的科学意义和实用价值。