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动态规划方法在铁塔优化设计中的应用

动态规划方法在铁塔优化设计中的应用

动态规划方法在铁塔优化设计中的应用

李晋珍

(山西电力勘测设计院,太原030001)

摘 要: 本文着重介绍近年我院先后在500kV送电线路工程新的拉V型直线塔、酒杯型直线塔、双

回路直线塔设计中以结构重量最轻为目标,与满应力电算程序相结合,采用动态规划方法对铁塔各个部件的几何尺寸和结构布置同时进行优化设计的成果。同传统设计相比,单基指标均可节约钢材一吨左右,取得了较好的经济效益。

关键词: 动态规划 铁塔结构优化 应用小结

动态规划是一种求解多阶段决策优化过程的优化方法。适宜于处理桁架与塔架结构。设计者能从物理概念入手,其递推关系直观形象,便于理解和应用。近年来我院先后在500kV送电线路工程新的拉V型直线塔、酒杯型直线塔、双回路直线塔设计中:以结构重量最轻为目标,与满应力电算程序相结合,采用动态规划方法对铁塔各个部件的几何尺寸和结构布置同时进行了优化设计。同传统设计成果相比,单基指标均可节约钢材一吨左右,取得了较好的经济效益。

任何结构受力分析表明:力的传递路线愈直接,或外荷载愈能被支承反力直接平衡,结构的重量就愈轻;选取合理的截面形状和刚度配置,将内力与位移的分布相对于材料的配置调整得愈是合理,结构的重量就愈轻;合理组合各种材料,结合结构的受力特性和几何形状,愈是能充分发挥不同材料的力学特性,结构的重量就愈轻。这些基本原理也是铁塔结构优化设计所遵循的基本原则。

输电线路铁塔主要承受导地线荷载和自身风压。对500kV线路普通直线塔而言,塔头风压占导地线水平荷载的40%~50%左右;铁塔全高在30~50米之间。而风压高度变化系数以每10米10%递增,对风压值影响较大。因此,尽量减小塔头尺寸(即迎风面积)和降低塔头高度是优化铁塔外型结构、降低铁塔钢材重量的首要措施。

输电线路铁塔一般由地线支架、导线横担、上、下曲臂或塔头立柱及塔身、塔腿或塔脚及拉线等部件组成。通过铰接组成一个整体。当电压等级、气象条件、导地线荷载、呼称高及塔头电气间隙圆确定之后,影响铁塔杆件内力、选材和铁塔耗量指标的主要因数是如何优化铁塔各部件的合理几何尺寸和杆件结构布置形式。使结构杆件长度最短、面积最小。并同时满足强度和稳定要求,达到塔材设计重量最轻的目的。但同时将这些部件的几何参数均作为优化设计变量,建立整体目标函数有一定的困难,而且有的变量不一定有函数极小值。如将上述部件分解为若干设计过程,每个过程的优化就会变成单或双变量问题,将其变量作为设计参数,输入铁塔满应力程序求解,逐步递推,做出相应决策,即可使整个设计取得最优结果。整个设计过程可用下式表示:

f minf min gk(Sk,Xk)

*

Xk

k 1

n

约束条件: f≤[f];λ≤[λ];

式中: gk: 第K个过程的标量函数; Sk: 第K个过程状态变量;

Xk: 第K个过程决策变量

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