[发明专利]一种输电线路杆塔结构可靠度的综合分析方法

摘要

本发明提出了一种输电线路杆塔结构可靠度的综合分析方法，其使用一次二阶矩法计算输电线路杆塔结构构件的理论可靠度和采用窄界限法计算输电线路杆塔结构体系的理论可靠度，以及计算实际线路的杆塔结构体系可靠度指标，从而可对理论值与实际值进行比较分析，可用于对输电线路杆塔结构的可靠度设置水平进行评价分析等。

主权项

1、一种输电线路杆塔结构可靠度的综合分析方法，其特征在于使用以下方法(一)和方法(二)进行理论计算得出输电线路杆塔结构可靠度的理论值，使用方法(三)得出输电线路杆塔结构可靠度的实际值，从而可对理论值与实际值进行比较分析：方法(一)：采用一次二阶矩法计算输电线路杆塔结构构件的可靠度，其步骤如下：(1)构件的结构功能函数为：g(R，S_G，S_Q)＝R-S_G-S_Q；(2)各随机变量的分布规律及统计参数如下：K_R＝1.14，V_R＝0.12，R为结构抗力，服从对数正态分布；K_G＝1.06，V_G＝0.07，S_G为恒荷载作用效应，服从正态分布；K_Q＝1.00，V_Q＝0.193，S_Q为风荷载作用效应，服从极值I型分布；式中：K_R＝μ_R/R_K，KSG=μSG/SGK,]]>KQ=μSQ/SQK;]]>V_R＝σ_R/μ_R，VG=σSG/μSG,]]>VQ=σSG/μSG;]]>μ_R，分别是R，S_G，S_Q的均值；σ_R，分别是R，S_G，S_Q的均方差；(3)假定设计验算点初值：将结构最不利的各随机变量的取值点作为结构设计验算点，所述结构设计验算点是结构功能函数中的某个点，下面假定一个初值，进行不断的迭代计算得到，所述假定的初值点为：(S_QK＝1，S_GK＝0.25，R_K＝1.8479)，假定：当ρ＝4时，S_QK＝1，则，S_GK＝0.25，R_K＝K(γ_GS_GK+γ_QS_QK)＝1.8479，μ_QK＝1，μ_GK＝0.265，μ_R＝2.1066，σ_QK＝0.193，σ_GK＝0.01855，σ_R＝0.252792；(4)对非正态变量进行当量正态化并求出其等效的均值和方差：将非正态基本随机变量进行当量正态化处理，将其转换为等效正态随机变量，如服从对数正态分布的结构抗力R，及服从极值I型分布的风荷载作用效应S_Q，转换条件是保证转换后的各基本随机变量在设计验算点处分布密度函数的尾部面积与转换前相等；(5)求极限状态面在标准正态坐标系中各坐标的方向余弦，计算公式如下：cosθXi=-∂g∂Xi|P*σXi[Σi=1n(∂g∂Xi)|P*σXi)2]1/2]]>cosθ_R＝-0.8053，cosθSG=0.0593,]]>cosθSQ=0.5900;]]>(6)由极限状态方程求得可靠指标β_i：β=μgσg=g(x1*,...,xn*)+Σi=1n∂g∂Xi|P*(μXi-xi*)[Σi=1n(∂g∂Xi)|P*σXi)2]1/2=2.747;]]>(7)利用已求得的β_i及方向余弦求新的验算点：计算公式：xi*=μXi+σXiβcosθXi]]>R^*＝1.5344，S_G^*＝0.2680，S_Q^*＝1.2663；(8)如果|β_i-1-β_i|≤0.01则得出最终的β；(9)如果|β_i-1-β_i|≥0.01则利用本次验算点坐标代替上次的值，继续进行第(3)步，直到得出最终的β；方法(二)：采用窄界限法计算输电线路杆塔结构体系可靠度，其步骤如下：(1)计算公式：用E_i(i＝1，…，n)表示结构体系出现第i个失效模式的事件，按窄界限法，串联体系失效概率P_fs界限范围可表示为：P(E1)+max[Σi=2n{P(Ei)-Σj=1i-1P(Ei∩Ej)},0]≤Pfs≤Σi=1nP(Ei)-Σi=2nmaxj<iP(Ei∩Ej)---(1)]]>式中P(E_i)表示E_i事件的失效概率，且有：max(Pf1~,Pf2~)≤P(Ei∩Ej)≤Pf1~+Pf2~---(2)]]>Pf1~=Φ(-βi)Φ(-β′i),]]>Pf2~=Φ(-βj)Φ(-β′j)---(3)]]>β′i=βj-ρijβi1-ρij2,]]>β′j=βi-ρijβj1-ρij2---(4)]]>ρ_ij是不同失效模式E_i、E_j间相关系数，若g_i、g_j均为独立基本随机变量X_i(i＝1，…，n)的线性函数，即：gi=Σk=1naikXk,]]>gj=Σk=1najkXk,]]>对杆塔结构：ρij=(σSG)2+(σSQ)2(σR)2+(σSG)2+(σSQ)2---(5)]]>方法(三)：计算实际线路的杆塔结构体系可靠度指标：(1)调研统计历年500kV输电线路倒塔的情况；(2)年失效频率P_f的计算：P_f＝N_f/NN＝∑铁塔总基数×运行年数(基·年)，N_f为倒塔的总数，相对误差：ϵ=|Pf‾-P′f|Pf‾≤21-Pf‾NPf‾;]]>(3)年失效概率范围P′_f的推算：P′_f＝(1±ε)P_f(3)T年设计基准期内失效概率：P_f＝1-(1-P′_f)^T(4)实际的体系失效概率：P_f查正态分布表可得实际的体系失效概率。