跨越断层大跨越输电塔-线体系抗震分析及其控制

The seismic analysis and effective control method of the major life-line engineering across fault have become key issues in current research. By theoretical analysis, numerical simulation and experimental research, the seismic analysis and control of long span transmission tower-line system across fault are investigated. The practical mathematical model of ground motion is proposed, and the non-uniform ground motion time histories at complex sites across fault are simulated. The input method of non-linear ground motion is established for the structure across fault. The seismic responses of large span transmission tower-line system are studied under the influence of many factors at complex sites. Considering the instability effect of member, the more reasonable collapse simulation method of collapse analysis is established based on material damage constitutive model and collapse criterion. The whole progressive collapse process of large span transmission tower-line system across fault is simulated, and the experiment of the system model by multiple shaking tables is carried out. Based on theoretical analysis, numerical simulation and experimental research, the design objectives are confirmed, and the practical calculation methods of seismic design are investigated. The efficient measures of vibration control and collapse resistant strategies of structure across fault are proposed. This study has a very important significance to improve the seismic capacity of long span transmission lines across fault and ensure the safety of the structure.

对重大生命线工程进行跨越断层抗震分析，并提出相应的控制方法已成为当前研究的重点问题。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，研究跨越断层大跨越输电塔-线体系抗震分析及其控制。提出合理的地震动数学模型,模拟生成跨越断层复杂场地非一致地震动时程。建立适用于跨越断层结构的非线性地震动输入方法，研究复杂场地上多种因素影响下结构地震反应。考虑杆件失稳效应，基于损伤材料本构模型和倒塌破坏准则，建立更加合理模拟倒塌分析的方法；模拟跨越断层大跨越输电塔-线体系连续倒塌破坏的全过程，开展大跨越输电塔-线体系模型多振动台试验研究。基于理论分析、数值模拟和试验研究，确定设计目标，提出可供实际工程应用的抗震设计计算方法。提出实用高效的减震控制措施，进一步提出跨越断层结构的抗倒塌对策。本项目的研究对于提高跨越断层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。

随着我国经济的飞速发展，对电力能源的需求持续增长，电力系统在国民经济建设中的地位变得越来越重要。电力发展“十三五”规划目标是合理布局能源富集地区外送，建设特高压输电和常规输电技术的“西电东送”输电通道。输电线路是电力能源输送的重要载体，其不可避免穿越高烈度地震区，尤其是经过近断层和跨越断层。同时，大量震害调查表明，近断层地震和跨越断层地震导致输电塔的破坏甚至倒塌不断出现，将会给国民经济和社会生活造成巨大的损失。因此，需要开展近断层和跨越断层大跨越输电塔-线体系抗震分析及其控制研究。.本项目采用理论分析、数值模拟和振动台试验研究相结合的方法，开展了大跨越输电塔-线体系近断层和跨越断层地震作用下的倒塌破坏分析，并研究了地震下输电塔-线体系减震控制措施。基于分开模拟高频地震动和低频地震动的方法，提出了一种合理模拟生成跨越断层复杂场地多维和非一致地震动时程的方法，并实现了程序的可视化界面。研究了近断层和跨越断层输电塔-线体系地震激励下的响应规律，建立了考虑土-结构动力相互作用的输电塔-线体系的地震分析方法。提出了一种新型非线性材料本构模型，该模型能够有效捕捉钢管屈曲失稳行为、材料硬化行为、捏缩效应以及后屈曲行为，可以用来准确地模拟输电塔结构真实的倒塌过程。提出了节间位移角的概念和节间损伤指数，可以作为判定输电塔结构倒塌的指标。开展了跨越断层输电塔-线体系振动台倒塌破坏试验与模拟研究，总结了结构倒塌全过程中关键力学参数的变化规律，全面揭示了跨越断层输电塔-线体系的地震倒塌破坏机理。提出了双向碰撞调谐质量阻尼器和形状记忆合金调谐质量阻尼器，验证了两种阻尼器对输电线路结构减震控制的有效性。.本项目的研究对提高近断层和跨越断层输电塔-线体系的抗震能力、减小近断层和跨越断层下输电塔-线体系的地震响应、确保输电线路的安全运行具有重要的科学意义和使用价值。