[发明专利]一种基于动力特征的输电塔结构失效预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于工程结构的失效预警方法，尤其涉及一种应用于输电塔的结构失效预警方法。

背景技术

输电线路是高负荷电能输送的载体，是重要的生命线工程。作为输电线路的核心组成部分，输电塔的结构安全对整个输电线路的安全至关重要。2008年初全国范围内的暴风雪、冻雨等极端天气条件，引起湖南、贵州等地2000余座输电塔倒塌，导致大范围停电事故。因而，对输电塔结构实施安全监测十分必要。

输电塔结构安全监测的重点是结构在工作状态下的力学特征，包括静力特征(应力和位移等)和动力特征(振动频率和响应等)两大类。利用结构应力等静力特征对结构进行安全监测已有一定的研究。但是，对工作状态下的输电塔，目前的技术手段难以获得很准确的结构全场应力特征。因而，基于静力特征的监测方法研究重点在于结构应力特征的准确获取。与此同时，目前的技术手段已经能够准确获得工作状态下输电塔的动力特征，特别是频率特征。然而，如何利用动力特征对结构进行安全监测，特别是对结构失效问题进行预警尚缺乏有效的方法。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种基于动力特征的输电塔结构失效预警方法，重点解决如何将实测动力特征和结构先验分析相结合，对工作状态下的输电塔的结构失效问题进行预警，从而建立输电塔结构失效预警方法。

技术方案：本发明所述的基于动力特征的输电塔结构失效预警方法，具体包括如下步骤：

(1)建立输电塔高保真动态有限元模型：

首先，建立输电塔的初始有限元模型；

其次，根据输电塔竣工时的实测动力特征对初始有限元模型进行修正，获得高保真动态有限元模型。

(2)建立输电塔动力特征变化率与荷载之间的函数关系：

首先，确定输电塔的极限荷载；

其次，以极限荷载为上限，确定分级荷载；

再次，计算在分级荷载下的动力特征，并求相对于竣工时动力特征的变化率；

最终，建立动力特征变化率和荷载间的函数关系；

(3)利用振动传感器获得输电塔在工作状态下的动力特征：

首先，在输电塔安装振动传感器；

其次，通过振动传感器测量输电塔工作状态下的振动响应；

最终，采用运行状态模态识别技术获得工作状态下的动力特征，并计算该动力特征相对于竣工时动力特征的变化率。

(4)根据实测动力特征的变化率和上述函数关系，对输电塔结构失效进行预警：

首先，将实测动力特征变化率代入函数关系，求解荷载；

其次，将该荷载与结构失效荷载进行比较，判断结构是否将发生失效，将失效则发出失效预警。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明通过将实测动力特征与结构先验分析相结合，可以对工作状态下输电塔的结构失效问题进行预警；本发明运用高保真建模技术、运行状态模态识别技术，可以在结构失效发生前准确地做出预警，避免重大事故的发生。

附图说明

图1为本发明实施例中运用高保真建模技术获得输电塔高保真动态有限元模型；

图2为本发明实施例中结构的荷载-位移曲线图；

图3为本发明实施例中动力特征变化率和荷载间的函数关系图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

以某输电塔为例，采用本发明的方法对其进行结构失效预警，具体步骤如下：

(1)建立输电塔高保真动态有限元模型，具体方法如下：

首先，建立输电塔的初始有限元模型：输电塔的有限元建模有多种方案，本实施例中采用梁杆混合方案为例进行说明，即：采用梁单元模拟主材、横杆、斜撑和主腹杆，采用杆单元模拟次腹杆，有限元模型共含有1184个单元。初始有限元模型的计算结果，包括模态阶次、模态振型及对应的模态频率见表1。

表1初始有限元模型的模态频率及误差