強風作用下輸電線塔結構塑性疲勞破壞機理研究.pdf

1、高聳輸電塔結構作為大型生命線工程的重要組成部分,風力是其主要的設計荷載。近年來輸電線塔在強風作用下的倒塔破壞事件層出不窮,這不僅嚴重地影響著人們的生產(chǎn)建設,而且還會導致其它嚴重的次生災害。因此,研究輸電線塔結構在強風荷載作用下的倒塔破壞機理,確保風力作用下輸電線路的正常工作,以及實時把握輸電線塔結構的工作狀態(tài)具有重要的工程意義。
　　本文以漢江大跨越輸電塔結構為研究背景,系統(tǒng)地研究了作用在輸電線塔上的下?lián)舯┝鲝婏L荷載模型、輸電線塔

2、的非線性風振響應分析方法、輸電塔桿件的塑性疲勞破壞模型、輸電塔結構在強風荷載作用下的倒塔破壞過程以及長期風荷載作用下輸電塔桿件的裂紋萌生疲勞壽命。本文研究了輸電塔線耦聯(lián)體系有限元模型的建立方法,并提出用帶初應力空間四節(jié)點索單元來模擬輸電線。分析了塔線耦合體系的動力特性,研究了輸電線對輸電塔結構動力特性的影響。編寫了輸電塔線體系有限元模型的建立、靜力分析、動力分析的一系列程序,解決了應用一些有限元軟件計算繁瑣、收斂速度慢、不能考慮自定義索

3、單元等缺陷,成功實現(xiàn)了快速、準確地計算輸電塔線耦合體系的靜動力響應。并比較了輸電線對輸電塔結構風振響應的影響。由于下?lián)舯┝鲝婏L荷載的作用是輸電塔結構倒塔破壞的重要原因,在廣泛研究下?lián)舯┝魈卣鞯幕A上,本文提出了用確定性時變過程描述下?lián)舯┝髌骄L速、用調(diào)制非平穩(wěn)隨機過程描述下?lián)舯┝髅}動風速的下?lián)舯┝髁W模型,并提出了數(shù)值模擬下?lián)舯┝鲝婏L荷載時程的方法,為輸電塔結構的分析和設計提供強風荷載模型。通過對一批鋼結構試件進行塑性范圍內(nèi)的等位移幅循

4、環(huán)加載,測得不同位移幅值作用下試件的滯回曲線,統(tǒng)計了不同位移幅值循環(huán)加載時的極限循環(huán)次數(shù)和極限耗能,并研究了低周疲勞循環(huán)過程中桿件剛度變化的規(guī)律。鑒于目前廣泛應用的破壞準則的一些缺陷,在鋼桿件低周疲勞試驗的基礎上,提出了輸電塔結構桿件基于塑性疲勞(s-n)曲線的破壞模型,改進了目前應用的一些破壞準則的缺陷。本文研究了輸電線塔結構在下?lián)舯┝鲝婏L荷載作用下的彈塑性動力分析方法,并結合本文提出的基于塑性疲勞(s-n)曲線的破壞模型,仿真了輸電

5、線塔結構在下?lián)舯┝鲝婏L作用下的倒塔破壞過程,為輸電塔結構破壞機理和破壞過程的研究奠定了基礎。
　　本文建立了風力作用下輸電塔結構安全預警中裂紋萌生疲勞壽命評估方法。通過“安全預警系統(tǒng)實時識別作用在輸電塔結構上的實時風荷載…-實時求取風荷載作用下結構構件的應力響應時程——基于Miner疲勞累積損傷準則利用雨流計數(shù)法計算各構件的實際風致疲勞累積損傷”和“不在線確定結構所在地按其強度歸類的風荷載等級——統(tǒng)計不同等級風荷載在每年內(nèi)出現(xiàn)的概