[發明專利]基于風速和動響應測試的輸電塔結構風致安全性評估方法

在審

• 申請號: 202010466605.5
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111783326A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 程霄翔
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 冒艷

本發明公開了一種基于風速和動響應測試的輸電塔結構風致安全性評估方法，包括如下步驟：實測在役輸電塔的風場信息以及結構動力風致響應；生成作用在輸電塔塔體的真實風荷載時程；獲得包含結構損傷的高保真有限元模型；對包含有損傷的高保真有限元模型施加真實的動力風荷載，使用時程分析方法獲得整個結構各個時刻真實的全場應力分布；利用數值計算獲得的結構全場應力分布，采用Ditlevsen窄界限理論計算結構的風致動力可靠度，對強風環境下輸電塔結構的安全性進行實時評估。本發明以現場實測數據保障數值分析的真實性，并通過數值計算獲得輸電塔的全場應力分布，進而評估整個結構的風致動力可靠度，可以實時地給出在役輸電塔結構風致失效概率。

技術領域

本發明涉及輸電塔結構安全性評估方法，特別涉及基于風速和動響應測試的輸電塔結構風致安全性評估方法。

背景技術

輸電塔線體系是電力傳輸的載體，是生命線工程的重中之重。輸電塔是塔線體系的主要構成部分，一般為鋼桁架塔，是高聳柔性結構，對風荷載異常敏感。根據統計，風荷載是造成輸電塔破壞甚至倒塌的最主要原因，輸電塔風毀事故在全國各地都有發生。這些事故造成了嚴重的經濟損失序。為了保障輸電塔在強風作用下的安全性，工程人員在一些輸電塔塔體安裝了結構健康監測系統，期望能夠通過對于強風作用下結構力學狀態的監測與分析，定量地評估結構的可靠度，以保障在役輸電塔的安全性。

若要對輸電塔進行定量的安全性評估，則需要采用Ditlevsen窄界限理論等方法計算結構的風致動力可靠度，計算過程中需使用結構的瞬時全場應力分布。然而，當前的結構健康監測系統通常僅在少量桿件上安裝了應變傳感器，無法直接獲得真實結構的全場應力狀態。通過有限元分析，工程人員可以掌握結構的全場應力分布，然而，計算使用的數值模型通常基于理想設計狀態建立，不能代表真實的物理對象；另外，所使用的外荷載通常由大氣邊界層風譜及空間相干函數的理論經驗公式換算獲得，這些理論經驗公式均建立在對真實物理現象的簡化和保守歸納的基礎之上，因此，數值計算所使用的外荷載亦與真實的風荷載相去甚遠。如何建立一種有效的輸電塔結構風致安全性評估方法，使它能夠獲取輸電塔在強風作用下的真實全場應力狀態，進而準確地計算結構的風致動力可靠度，是亟待解決的問題。

發明內容

發明目的：本發明目的是提供一種基于風速和動響應測試的輸電塔結構風致安全性評估方法。

技術方案：本發明提供一種基于風速和動響應測試的輸電塔結構風致安全性評估方法，包括如下步驟：

(1)實測在役輸電塔的風場信息以及結構動力風致響應；

(2)生成作用在輸電塔塔體的真實風荷載時程；

(3)獲得包含結構損傷的高保真有限元模型；

(4)對包含有損傷的高保真有限元模型施加真實的動力風荷載，使用時程分析方法獲得整個結構各個時刻真實的全場應力分布；

(5)利用數值計算獲得的結構全場應力分布，采用Ditlevsen窄界限理論計算結構的風致動力可靠度，對強風環境下輸電塔結構的安全性進行實時評估。

進一步地，所述步驟(1)中實測方法為：在塔體不同高度安裝的風速儀和加速度傳感器，同步獲取輸電塔的真實風場信息以及結構風致加速度響應。

進一步地，所述步驟(2)中生成真實風荷載時程的方法，首先利用實測風場信息擬合出風速譜及空間相干函數；基于擬合獲得的風速譜及空間相干函數，利用四階AR模型生成真實的風荷載時程。

進一步地，所述風速譜及空間相干函數的表達式如下：

Coh(n)＝exp(481.2Δy*n-2955Δz*n)