腐蝕環(huán)境和風振疲勞耦合作用下輸電塔線體系疲勞性能研究.pdf

1、輸電塔線體系作為復雜的生命線工程系統(tǒng)，投資巨大、影響深遠，屬于重要的生命線工程。然而，輸電塔線體系同時具有高聳結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)的共同特點，對風荷載作用響應(yīng)十分敏感。整個服役期間由于長期處于環(huán)境腐蝕和風致振動作用下，結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生疲勞損傷累積，致使體系的抗力和性能逐步退化，從而降低結(jié)構(gòu)抵抗極端環(huán)境作用的能力，導致事故的發(fā)生。本文在理論推導和試驗研究的基礎(chǔ)上，對環(huán)境腐蝕和風振疲勞耦合作用下輸電塔線體系的疲勞性能展開研究，主要包括以下幾方面內(nèi)容：

2、
　　1）基于試驗結(jié)果研究腐蝕對Q345等邊角鋼材料力學性能的影響規(guī)律，建立材料力學性能參數(shù)退化模型。首先基于重慶地區(qū)降雨時間及其分布特點建立混合分布模型和酸雨腐蝕模型，再通過該腐蝕模型研究 Q345鋼材的腐蝕速率隨酸雨P(guān)H值、腐蝕方式和腐蝕時間的變化規(guī)律；根據(jù)彈性模量、極限強度和伸長率等力學參數(shù)隨腐蝕時間、腐蝕方式和PH值的退化情況，給出相應(yīng)的退化模型。
　　2）基于試驗結(jié)果通過改進后的單點-似然法，建立Q345等邊角鋼純

3、疲勞和不同腐蝕時間的腐蝕疲勞S-N曲線模型?；谙嚓P(guān)系數(shù)優(yōu)化法對單點-似然法進行改進，提出確定疲勞 S-N曲線表達式參數(shù)的改進回歸分析方法，構(gòu)造與之對應(yīng)的實現(xiàn)算法；根據(jù)不同腐蝕時間作用下Q345等邊角鋼構(gòu)件的疲勞試驗結(jié)果，分析腐蝕時間對構(gòu)件腐蝕狀態(tài)和疲勞破壞模式的影響情況；由構(gòu)件疲勞壽命隨腐蝕時間的變化規(guī)律，建立構(gòu)件P-S-N和γ-P-S-N曲線模型；根據(jù)曲線模型中各參數(shù)隨腐蝕時間的變化規(guī)律，建立Q345等邊角鋼構(gòu)件的t-P-S-N曲面

4、模型，并采用該模型探討不同腐蝕時間內(nèi)Q345等邊角鋼構(gòu)件疲勞壽命的變化規(guī)律。
　　3）基于試驗結(jié)果通過改進后的單點-成組法，建立不同腐蝕方式作用下 Q345等邊角鋼的腐蝕疲勞S-N曲線模型。對單點-成組法進行改進的基礎(chǔ)上，提出S-N曲線表達式參數(shù)回歸分析方法及其實現(xiàn)算法；根據(jù)不同腐蝕方式用下Q345等邊角鋼構(gòu)件的疲勞試驗結(jié)果，觀察各腐蝕方式中構(gòu)件的腐蝕狀態(tài)和疲勞破壞模式；分析各腐蝕方式中構(gòu)件疲勞壽命的變化規(guī)律，建立相應(yīng)的構(gòu)件P-S

5、-N和γ-P-S-N曲線模型；結(jié)合理論推導及參數(shù)分析建立各腐蝕方式作用下 Q345等邊角鋼構(gòu)件的P-S-N曲面模型，然后，采用該模型探討不同可靠度條件下腐蝕方式對Q345等邊角鋼構(gòu)件疲勞壽命的影響規(guī)律。
　　4）通過腐蝕、疲勞以及腐蝕和疲勞耦合作用下 Q345等邊角鋼構(gòu)件在低周往復加載作用下的試驗結(jié)果，建立腐蝕和疲勞耦合作用下構(gòu)件各力學性能參數(shù)的退化模型。首先采用腐蝕、疲勞以及腐蝕和疲勞耦合作用對試件進行預(yù)損傷處理，然后，再對各試

6、件進行低周往復加載試驗，通過與無損傷試件的試驗結(jié)果進行對比分析，觀察構(gòu)件承載力、剛度、延性耗能和滯回性能等在不同損傷工況下的變化規(guī)律，并建立相應(yīng)的退化模型；最后，將腐蝕和疲勞損傷作用下力學性能參數(shù)的退化模型相結(jié)合建立聯(lián)合模型，再根據(jù)耦合作用下試驗結(jié)果的實際變化規(guī)律確定聯(lián)合模型中的耦合參數(shù)值，從而建立構(gòu)件各力學性能參數(shù)在不同耦合作用下的退化模型。
　　5）基于試驗結(jié)果建立的構(gòu)件疲勞S-N曲線模型和性能退化模型，對輸電塔線體系的疲勞性

7、能以及結(jié)構(gòu)性能退化情況進行確定性研究。根據(jù)試驗結(jié)果建立的Q345等邊角鋼構(gòu)件S-N曲線模型分析腐蝕方式和腐蝕時間對輸電塔體結(jié)構(gòu)疲勞損傷和疲勞壽命的影響規(guī)律；同時，由不同腐蝕工況下的材性參數(shù)建立塔線體系并進行時程分析，再由材料疲勞 S-N曲線模型分析各工況下塔體構(gòu)件疲勞性能的變化規(guī)律；根據(jù)兩種方法的計算結(jié)果對比分析材料疲勞模型和構(gòu)件疲勞模型在輸電塔線體系風振疲勞中的差異；通過腐蝕、疲勞以及腐蝕和疲勞耦合作用下構(gòu)件性能退化模型分析了輸電塔線

8、體系在不同損傷情況下抵抗外荷載能力的退化情況。
　　6）基于構(gòu)件S-N曲線模型和建議自適應(yīng)響應(yīng)面法對輸電塔線體系進行了風振疲勞隨機性分析。首先，基于乘法定理以重慶市日極值風向風速氣象數(shù)據(jù)，建立了風速條件概率密度的混合模型和風向角的概率密度函數(shù)模型，將兩者相結(jié)合建立了風向風速的離散-連續(xù)混合聯(lián)合分布模型；然后，根據(jù)構(gòu)件腐蝕疲勞S-N曲線模型，對不同腐蝕方式和不同腐蝕時間作用下輸電塔線體系的疲勞性能進行研究；同時，通過嚴格的數(shù)學推導給