強(qiáng)風(fēng)作用下輸電線塔結(jié)構(gòu)塑性疲勞破壞機(jī)理研究.pdf

1、高聳輸電塔結(jié)構(gòu)作為大型生命線工程的重要組成部分,風(fēng)力是其主要的設(shè)計(jì)荷載。近年來(lái)輸電線塔在強(qiáng)風(fēng)作用下的倒塔破壞事件層出不窮,這不僅嚴(yán)重地影響著人們的生產(chǎn)建設(shè),而且還會(huì)導(dǎo)致其它嚴(yán)重的次生災(zāi)害。因此,研究輸電線塔結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)荷載作用下的倒塔破壞機(jī)理,確保風(fēng)力作用下輸電線路的正常工作,以及實(shí)時(shí)把握輸電線塔結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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?qiáng)風(fēng)荷載模型、輸電線塔

2、的非線性風(fēng)振響應(yīng)分析方法、輸電塔桿件的塑性疲勞破壞模型、輸電塔結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)荷載作用下的倒塔破壞過(guò)程以及長(zhǎng)期風(fēng)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(yīng)力空間四節(jié)點(diǎn)索單元來(lái)模擬輸電線。分析了塔線耦合體系的動(dòng)力特性,研究了輸電線對(duì)輸電塔結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。編寫(xiě)了輸電塔線體系有限元模型的建立、靜力分析、動(dòng)力分析的一系列程序,解決了應(yīng)用一些有限元軟件計(jì)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(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確地計(jì)算輸電塔線耦合體系的靜動(dòng)力響應(yīng)。并比較了輸電線對(duì)輸電塔結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的影響。由于下?lián)舯┝鲝?qiáng)風(fēng)荷載的作用是輸電塔結(jié)構(gòu)倒塔破壞的重要原因,在廣泛研究下?lián)舯┝魈卣鞯幕A(chǔ)上,本文提出了用確定性時(shí)變過(guò)程描述下?lián)舯┝髌骄L(fēng)速、用調(diào)制非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程描述下?lián)舯┝髅}動(dòng)風(fēng)速的下?lián)舯┝髁W(xué)模型,并提出了數(shù)值模擬下?lián)舯┝鲝?qiáng)風(fēng)荷載時(shí)程的方法,為輸電塔結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)提供強(qiáng)風(fēng)荷載模型。通過(guò)對(duì)一批鋼結(jié)構(gòu)試件進(jìn)行塑性范圍內(nèi)的等位移幅循

4、環(huán)加載,測(cè)得不同位移幅值作用下試件的滯回曲線,統(tǒng)計(jì)了不同位移幅值循環(huán)加載時(shí)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(guò)程中桿件剛度變化的規(guī)律。鑒于目前廣泛應(yīng)用的破壞準(zhǔn)則的一些缺陷,在鋼桿件低周疲勞試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,提出了輸電塔結(jié)構(gòu)桿件基于塑性疲勞(s-n)曲線的破壞模型,改進(jìn)了目前應(yīng)用的一些破壞準(zhǔn)則的缺陷。本文研究了輸電線塔結(jié)構(gòu)在下?lián)舯┝鲝?qiáng)風(fēng)荷載作用下的彈塑性動(dòng)力分析方法,并結(jié)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(jié)構(gòu)在下?lián)舯┝鲝?qiáng)風(fēng)作用下的倒塔破壞過(guò)程,為輸電塔結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理和破壞過(guò)程的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　本文建立了風(fēng)力作用下輸電塔結(jié)構(gòu)安全預(yù)警中裂紋萌生疲勞壽命評(píng)估方法。通過(guò)“安全預(yù)警系統(tǒng)實(shí)時(shí)識(shí)別作用在輸電塔結(jié)構(gòu)上的實(shí)時(shí)風(fēng)荷載…-實(shí)時(shí)求取風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力響應(yīng)時(shí)程——基于Miner疲勞累積損傷準(zhǔn)則利用雨流計(jì)數(shù)法計(jì)算各構(gòu)件的實(shí)際風(fēng)致疲勞累積損傷”和“不在線確定結(jié)構(gòu)所在地按其強(qiáng)度歸類(lèi)的風(fēng)荷載等級(jí)——統(tǒng)計(jì)不同等級(jí)風(fēng)荷載在每年內(nèi)出現(xiàn)的概