220kV采空区输电铁塔基础位移塔线耦合有限元分析

220kV采空区输电铁塔基础位移塔线耦合有限元分析
李勃  张都清  张广成   山东电力研究院
摘  要：煤矿采空区地表沉陷,该区域内输电线路杆塔基础不均匀下沉,杆塔倾斜、位移和变形,这将严重威胁线路安全。采用有限元软件建立输电铁塔及导线的有限元模型，研究采空区地表变形对输电铁塔及导线的影响，以及结构响应的变化规律。结果表明，在外荷载相同的情况下，基础单纯的整体竖向位移对输电铁塔应力影响较小，铁塔杆件内力未超过极限承载力，处于安全状态，但对导线影响较大；而根开值变化及不均匀沉降过大时，则会导致塔身底部横隔附近杆件应力高于材料的屈服强度，产生塑性变形。
关键词：煤矿采空区 输电铁塔 基础位移 塔线耦合 有限元分析
1前言
随着电网覆盖面积的不断增大及坑口电厂的不断增多，输电线路往往要经过煤矿井田上方。煤（油、气）矿开采后形成采空区，不可避免地出现地表下沉、开裂、倾斜、凹凸等地表变形，甚至出现采空塌陷等地质灾害。
输电铁塔属于高耸结构，对基础条件要求较高，轻微的地表变形就会导致结构杆件受力状况的改变，引起承载能力的降低。而采空区地表变形量往往较大，引起铁塔的根开和塔腿高度差发生较大的变化，导致结构产生很大的附加应力，造成塔体局部破坏或整体发生倒塌倾覆，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，如内蒙古乌海伊公线50 号铁塔，山西省长治市境内的110 kV 漳库I、II 回15~22 号铁塔，库襄线2~6、17~44 号铁塔，220 kV 漳长I、II 回11~15 号铁塔，阳淮500 kV 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220 kV 输电线路站鸡I 回021 铁塔，西安110 kV 北西线25 号铁塔等[1-6]。
目前人们对采空区输电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，且施工时多凭借经验，缺乏一定的理论依据，安全性保障也较低，而对地表变形过程中铁塔结构内力的变化规律缺乏深入的研究。如果进行真型试验，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，得到铁塔杆件的内力变化趋势，为煤矿采空区输电铁塔基础变形后及加固纠偏方案的制定提供参考和依据。

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2012-2-4 17:39 上传

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