Transmission tower-line systems have come to represent one of the most important infrastructures in today's society. Recent strong earthquakes revealed that transmission tower-line systems are vulnerable to earthquake excitations, and that ground motions may arrive at such structures from any direction during an earthquake event. Considering these premises, this paper presents experimental and numerical studies on the dynamic responses of a 1000 kV ultrahigh-voltage (UHV) transmission tower-line system under different seismic incidence angles. Specifically, a 1:25 reduced-scale experimental prototype model is designed and manufactured, and a series of shaking table tests are carried out. The influence of the seismic incidence angle on the dynamic structural response is discussed based on the experimental data. Additionally, the incidence angles corresponding to the maximum peak displacement of the top of the tower relative to the ground (referred to herein as the critical seismic incidence angles) are summarized. The experimental results demonstrate that seismic incidence angle has a significant influence on the dynamic responses of transmission tower-line systems. Subsequently, an approximation method is employed to orient the critical seismic incidence angle, and a corresponding finite element (FE) analysis is carried out. The angles obtained from the approximation method are compared with those acquired from the numerical simulation and shaking table tests, and good agreement is observed. The results demonstrate that the approximation method can properly predict the critical seismic incidence angles of transmission tower-line systems. This research enriches the available experimental data and provides a simple and convenient method to assess the seismic performance of UHV transmission systems.
This study proposes a new shape memory alloy-tuned mass damper (SMA-TMD) and investigates the effectiveness of this damper in reducing and controlling the vibrations of a transmission tower-line system under various seismic excitations. Based on a practical transmission line system and considering the geometric nonlinearity of this system, the finite element (FE) software ANSYS is used to create an FE model of the transmission tower-line system and simulate the proposed SMA-TMD. Additionally, the parameters of the SMA springs are optimized. The effectiveness of a conventional TMD and the proposed SMA-TMD in reducing and controlling the vibrations of the transmission tower-line system under seismic excitations is investigated. Moreover, the effects of the ground motion intensity and frequency ratio on the reduction ratio (η) of the SMA-TMD are studied. The vibration reduction effect of the SMA-TMD under various seismic excitations is superior to that of the conventional TMD. Changes in the ground motion intensity and frequency ratio have a significant impact on the η of the SMA-TMD. As the ground motion intensity and frequency ratio increase, the η values of the SMA-TMD first increase and then decrease. Studying the vibration reduction effects of the SMA-TMD can provide a reference for the practical engineering application of this damper.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.9
no.1
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pp.11-23
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1989
This paper presents the results of the numerical analysis on the behaviour of mooring system of offshore guyed tower. Finite element method is used and geometric nonlinearities are considered in the analysis of mooring line. The governing equilibrium equations are derived by the principle of virtual work, and modified Newton-Raphson method and Newmark-${\beta}$ method are employed in response calculations. The drag and inertia effects of fluid are included using a Morrison type equation. The influences of changing typical parameters like initial inclination and tension of line at the guy attachment point, the length of clump weight, its unit weight and the anchor line length are examined. The effects of idealising the clump weight as a point load(lumped clump weight) on the behaviour of mooring lines are also discussed. Numerical examples demonstrate the validity and capability of the mathematical formulation.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2005.11a
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pp.955-958
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2005
In this study, the wind load characteristics for a transmission tower is investigated considering the effect of the transmission lines through stochastic analysis. The assemblage of the transmission line and insulator are modeled as a double pendulum system connected to the SDOF model of the tower It is observed that the background component of the overturing moment induced by the wind response of the transmission line has considerable portion in the total overturning moment. Based on this result, a rotational viscoelastic damper (VED) is proposed for the mitigation of the transmission line reactions, which act as wind load transferred to the tower. To verify the effectiveness of the proposed strategy, time history analysis is conducted for different wind velocities and VED damping constants. From the analysis, the proposed VED is proved to be effective for mitigation of the background component rather than the resonance component of the transmission line reaction.
Observations from past strong earthquakes revealed that near-fault ground motions could lead to the failure, or even collapse of electricity transmission towers which are vital components of an overhead electric power delivery system. For assessing the performance and robustness, a high-fidelity three-dimension finite element model of a long span transmission tower-line system is established with the consideration of geometric nonlinearity and material nonlinearity. In the numerical model, the Tian-Ma-Qu material model is utilized to capture the nonlinear behaviours of structural members, and the cumulative damage D is defined as an index to identify the failure of members. Consequently, incremental dynamic analyses (IDAs) are conducted to study the collapse fragility, damage positions, collapse margin ratio (CMR) and dynamic robustness of the transmission towers by using twenty near-fault ground motions selected from PEER. Based on the bending and shear deformation of structures, the collapse mechanism of electricity transmission towers subjected to Chi-Chi earthquake is investigated. This research can serve as a reference for the performance of large span transmission tower line system subjected to near-fault ground motions.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.16
no.4
s.109
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pp.420-427
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2006
In this study, wind loads transmitted to a transmission tower from transmission lines are mitigated using rotational viscoelastic dampers. First, the wind load characteristics in a transmission tower is investigated considering the effect of the transmission lines through stochastic analysis. The assemblage of the transmission line and insulator are modeled as a double pendulum system connected to the SDOF model of the tower. From the result of the stochastic analysis, the background component of the overturing moment caused by the wind loads acting on the transmission lines are found to have considerable portion in the total overturning moment. Based on this observation result, a strategy Installing rotational viscoelastic damper (VED) between tower arm and transmission line is proposed for the mitigation of the transmission line reactions, which play a role as dynamic loads on a transmission tower. For the purpose of verification, time history analysis is conducted for different wind velocities and VED parameters. The analysis result shows that the rotational VED is effective for the mitigation of the background component rather than the resonance component of the transmission line reactions and achieves the reduction ratio of 50% even for higher wind speed.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.4
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pp.87-94
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1985
Dynamic analysis of guyed tower is presented in this paper. The scope of the study is twofold. The one is to determine an efficient analysis method to include the nonlinearity of the mooring system and the nonlinear hydrodynamic wave forces. The other is to investigate the sensitivity of two major design parameters, that is the stiffness of mooring system and the fixity condition of the tower at mud line. Time history analysis method utilizing mode superposition is mainly considered. However several other methods are also used for the purpose of comparison. Analyses are carried out using the Lena Guyed Tower, which is the first structure of this kind, as a standard structure.
Kim, Ji-Young;Woo, Doug-Je;Lee, Jung-Hyun;Choi, Jong-Pil;Jang, Jun-Yong;Kim, Yong-Kwang
Proceedings of the KIEE Conference
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2011.07a
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pp.570-571
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2011
CTMS(Compact Tower Online Monitoring System), which deals with the polymer insulation arms of new material, is the on-line monitoring system for verifying stability and reliability of a new Compact Tower. CTMS measures real time data from the installed sensors in a Compact Tower and transmission line, air craft warning lights for detecting and determining the life time and the replace cycle of these facilities. This paper introduces how develop the CTMS and proposes how it will be use.
Once the foundation displacement of the transmission tower occurs, additional stress will be generated on the tower members, which will affect the seismic response of transmission tower-line systems (TTLSs). Furthermore, existing research has shown that the reciprocating slippage of joints needs to be considered in the seismic analysis. The hysteretic behavior of joints is obtained by model tests or numerical simulations, which leads to the low modeling efficiency of TTLSs. Therefore, this paper first utilized numerical simulation and model tests to construct a BP neural network for predicting the skeleton curve of joints, and then a numerical model for a TTLS considering the bolt slippage was established. Then, the seismic response of the TTLS under foundation displacement was studied, and the member stress changes and the failed member distribution of the tower were analyzed. The influence of foundation displacement on the seismic performance were discussed. The results showed that the trained BP neural network could accurately predict the hysteresis performance of joints. The slippage could offset part of the additional stress caused by foundation settlement and reduce the stress of some members when the TTLS with foundation settlement was under earthquakes. The failure members were mainly distributed at the diagonal members of the tower leg adjacent to the foundation settlement and that of the tower body. To accurately analyze the seismic performance of TTLSs, the influence of foundation displacement and the joint effect should be considered, and the BP neural network can be used to improve modeling efficiency.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.330-335
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2012
A Bus Trunk System for Wind Tower is introduced. A marine cable has been widely used in wind tower or other offshore structure. However, as the electric load capacity is getting increased, the large number of cable lines should be used to cover such a huge amount of electric capacities, which makes the installation make quite difficult due to the heavy weight and volume of the present cables. On the other hand, by using a single bus trunk system line, the power capacity amount of 16 number of cable can be delivered with significant compactness. However, unlike flexible cable, the bus trunk is relatively stiff which could arise resonance phenomenon in the operating condition of wind tower, therefore, the vibration characteristics of bus trunk should be investigated and verify its long-term reliability during the life time of the wind tower.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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