CN112364429B - 在役输电杆塔上部结构抗震评估方法及装置 - Google Patents

在役输电杆塔上部结构抗震评估方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输电线路管理技术领域，是一种在役输电杆塔上部结构抗震评估方法及装置，前者包括：建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型；在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。本发明基于现有基本数据和实测数据，建立材结构几何模型进行抗震评估，有效规避了输电线路建模的复杂性，提高了抗震评估工作的效率，并且实测数据的使用，保证了模型的准确性和可靠性。

Description

在役输电杆塔上部结构抗震评估方法及装置
技术领域
本发明涉及一种输电线路管理技术领域，是一种在役输电杆塔上部结构抗震评估方法及装置。
背景技术
输电线路是线状的构筑物，需穿越广阔的地域，不可避免要穿越地震区或地震带。在这些区域输电线路杆塔一旦受到地震损坏，将影响整条输电线路的正常运行。电力供应是地震后抗震救灾、生产恢复和重建的重要保障，是震后急需的基础设施保障。因此针对输电线路进行抗震评估，并及时进行加固改造，具有十分重要的意义。
我国运行的电网有众多老旧的输电线路，这些输电线路中的相当部分在设计建设时期没有很好的考虑地震作用，其中部分原因是抗震区划的调整，也有部分原因是受制于当时的建造技术或者成本的考虑。为了保证在震后能进行稳定的供电，故需要对老旧或在役输电线路杆塔进行相应的抗震评估，及时发现问题并进行加固改造。而现有对于在役输电线路杆塔上部结构抗震评估的方式多通过对输电线路杆塔进行三维结构建模，依据三维结构建模进行抗震测试及评估，该方式建模过程复杂，计算量大，不适于推广。
发明内容
本发明提供了一种在役输电杆塔上部结构抗震评估方法及装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决对在役输电线路杆塔进行抗震评估的方式存在的三维结构建模过程复杂，造成抗震评估工作的效率低的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：一种在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，包括：
建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配，包括：
设定辅材杆件的添加位置；
在主材结构几何模型上添加辅材杆件，其中辅材杆件的初始刚度为主材杆件刚度的五分之一；
获取主材结构几何模型当前状态下的模态数据；
将模态数据与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据进行比较，若主材结构几何模型为偏刚性，则减小辅材杆件的刚度，反之增大辅材杆件的刚度，直至主材结构几何模型与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配。
上述根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应，包括：
在在役输电线路杆塔底部设立底部测点，在顶部横担的端部设立多个顶部测点；
获得底部测点和顶部测点的加速度过程；
根据加速度过程，建立对应的传递函数，取传递函数的虚部绘制曲线，根据曲线图中极值点的幅值确定该在役输电线路杆在水平X向和水平Y向的振型；
确定在役输电线路杆塔塔基所在位置的地震区划，查找对应规范得到反应谱，根据振型分解反应谱法，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应。
上述根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性，包括：
获得该在役输电线路杆塔的风荷载响应，建立地震荷载组合，得到主材杆件的地震荷载组合下的内力，其中地震荷载组合包括地震响应与风荷载响应的组合；
对该在役输电线路杆塔重要结点的主材截面承载力进行内力校核，得到地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的安全系数。
本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种在役输电线路杆塔上部结构抗震评估装置，包括：
模型构建单元，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
模型刚度调整单元，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
地震响应确定单元，根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
安全系数获取单元，安全根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。
本发明无需建立输电线路的复杂三维结构模型，基于现有基本数据和实测数据，建立材结构几何模型进行抗震评估，有效规避了输电线路建模的复杂性，简化了模型建立的过程，提高了抗震评估工作的效率，并且实测数据的使用，保证了模型的准确性和可靠性。
附图说明
附图1为本发明实施例1的评估流程图。
附图2为本发明实施例2的评估流程图。
附图3为本发明实施例3的评估流程图。
附图4为本发明实施例4的评估流程图。
附图5为本发明实施例1中的主材结构几何模型图。
附图6为本发明实施例2中斜向辅材杆件的的连接方式示意图。
附图7为本发明实施例3中的测点设置示意图。
附图8为本发明实施例3中的传递函数虚部曲线示意图。
附图9为本发明实施例5的结构示意图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1所示，该在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，包括：
S101，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
S102，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
S103，根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
S104，根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。
本发明公开了一种在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，无需建立输电线路的复杂三维结构模型，基于现有基本数据和实测数据，建立材结构几何模型进行抗震评估，有效规避了输电线路三维结构建模的复杂性，提高了抗震评估工作的效率，并且实测数据的使用，保证了模型的准确性和可靠性。
上述技术方案步骤S101中，通过现有杆塔结构图纸得到主材杆件的空间坐标，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，该主材结构几何模型中需保持主材结构的完整性，并同时对“瓶口”或“塔顶隔面”等关键位置作必要的细化，以达到用简洁的模型，描述杆塔上部结构的主要结构体型的目的，同时简化模型建立的复杂性。主材结构几何模型可如附图5所示。
上述主材结构几何模型在主材结构的杆件截面属性上，按实际角钢截面赋予主材结构中各截面的属性；在模型的质量上，杆塔结构主材使用等效质量，即主材结构质量等代杆塔上部结构总质量，通过调整主材线密度的方式实现；导线质量按附加质点质量施加于导线悬挂位置。
实施例2：如附图2所示，该在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，包括：
S201，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
S202，设定辅材杆件的添加位置；
S203，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，其中辅材杆件的初始刚度为主材杆件刚度的五分之一；
S204，获取主材结构几何模型当前状态下的模态数据；
S205，将模态数据与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据进行比较，若主材结构几何模型为偏刚性，则减小辅材杆件的刚度，反之增大辅材杆件的刚度，直至主材结构几何模型与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
S206，根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
S207，根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。
上述技术方案步骤S202至S205实现了根据该在役输电线路杆塔的刚度实测数据对主材结构几何模型进行刚度调整的过程，有效保证了主材结构几何模型准确性和可靠性。步骤S202和S203中所增加的辅材杆件与实际杆塔中辅材杆件无关，而是起结构刚度调节作用的虚拟附加杆件；这里辅材杆件包含水平辅材杆件和斜向辅材杆件；设置位置可为塔底的水平辅材杆件可增加在靠近塔基位置，其上的水平辅材杆件距塔基的竖向距离约为塔基跟开尺寸，此后的水平辅材杆件竖向间隔距离取为下部水平辅材杆件的长度，斜向辅材杆件的连接方式参照附图6所示方式连接。
实施例3：如附图3所示，该在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，包括：
S301，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
S302，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
S303，在在役输电线路杆塔底部设立底部测点，在顶部横担的端部设立多个顶部测点；
S304，获得底部测点和顶部测点的加速度过程；
S305，根据加速度过程，建立对应的传递函数，取传递函数的虚部绘制曲线，根据曲线图中极值点的幅值确定该在役输电线路杆在水平X向和水平Y向的振型；
S306，确定在役输电线路杆塔塔基所在位置的地震区划，查找对应规范得到反应谱，根据振型分解反应谱法，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
S307，根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。
上述技术方案步骤S303至S306实现了根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算在役输电线路杆塔上部结构地震响应的过程。
确定在役输电线路杆在水平Y向的振型可如下所示，如附图7所示，选取在役输电线路杆塔底部测点A，底部测点为参照点，选取在塔底1/3高度位置的主材上；选取在役输电线路杆塔顶部测点，顶部测点选取在横担的端部，当有多个横担时，可仅选取其中一对（B1、B2、C1、C2）。使用具有两个或以上测点的加速度记录仪，同步采集杆塔底部测点和顶部测点的加速度时程，可以在具有一定风载的时候进行测量，此时杆塔结构呈风激振动状态，可增加基频识别的可靠性。
分别作点A至点B和点A至点C之间的传递函数，取传递函数虚部绘制曲线，如附图8所示；曲线的峰值点表示结构的自振频率，当两个传递函数在某极值点的幅值均为正或负时，代表上部结构的两个测点同向振动的振型，为弯曲振型，如图中f1。当两个函数在某极值点的幅值为一正一负时，代表上部结构的两个测点反向振动的振型，为扭转振型，如图中f2。
上述技术方案步骤S306中的振型分解反应谱法是用来计算多自由度体系地震作用的一种方法，振型分解反应谱法是利用单自由度体系的加速度设计反应谱和振型分解的原理，求解各阶振型对应的等效地震作用，然后按照一定的组合原则对各阶振型的地震作用效应进行组合，从而得到多自由度体系的地震作用效应。该方法为常用方法，故不再赘述。
实施例4：如附图4所示，该在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，包括：
S401，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
S402，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
S403，根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
S404，获得该在役输电线路杆塔的风荷载响应，建立地震荷载组合，得到主材杆件的地震荷载组合下的内力，其中地震荷载组合包括地震响应与风荷载响应；
S405，对该在役输电线路杆塔重要结点的主材截面承载力进行内力校核，得到地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的安全系数。
上述技术方案步骤S404中，地震荷载组合的方式考虑自重和风载，故地震荷载组合包括地震响应与风荷载响应，根据地震响应与风荷载响应得到主材杆件的地震荷载组合下的内力。步骤S405中，对该在役输电线路杆塔重要结点的主材截面承载力进行内力校核，其中重要结点包括塔底、“瓶口”、“隔面”、横担根部等。
实施例5：如附图9所示，该在役输电线路杆塔上部结构抗震评估装置，包括：
模型构建单元，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
模型刚度调整单元，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
地震响应确定单元，根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
安全系数获取单元，安全根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性。
以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (4)

1.一种在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，其特征在于，包括：
建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性，所述在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配，包括：
设定辅材杆件的添加位置；
在主材结构几何模型上添加辅材杆件，其中辅材杆件的初始刚度为主材杆件刚度的五分之一；
获取主材结构几何模型当前状态下的模态数据；
将模态数据与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据进行比较，若主材结构几何模型为偏刚性，则减小辅材杆件的刚度，反之增大辅材杆件的刚度，直至主材结构几何模型与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配。
2.根据权利要求1所述的在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，其特征在于，所述根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应，包括：
在在役输电线路杆塔底部设立底部测点，在顶部横担的端部设立多个顶部测点；
获得底部测点和顶部测点的加速度过程；
根据加速度过程，建立对应的传递函数，取传递函数的虚部绘制曲线，根据曲线图中极值点的幅值确定该在役输电线路杆在水平X向和水平Y向的振型；
确定在役输电线路杆塔塔基所在位置的地震区划，查找对应规范得到反应谱，根据振型分解反应谱法，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应。
3.根据权利要求1或2所述的在役输电杆塔上部结构抗震评估方法，其特征在于，所述根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性，包括：
获得该在役输电线路杆塔的风荷载响应，建立地震荷载组合，得到主材杆件的地震荷载组合下的内力，其中地震荷载组合包括地震响应与风荷载响应的组合；
对该在役输电线路杆塔重要结点的主材截面承载力进行内力校核，得到地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的安全系数。
4.一种在役输电线路杆塔上部结构抗震评估装置，其特征在于，包括：
模型构建单元，建立在役输电线路杆塔的主材结构几何模型，其中主材结构几何模型的主材结构需完整；
模型刚度调整单元，在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配；
地震响应确定单元，根据振型分解反应谱法及主材结构几何模型，计算该在役输电线路杆塔上部结构的地震响应；
安全系数获取单元，根据地震响应与风荷载响应的组合，评估地震荷载工况下该在役输电线路杆塔上部结构的抗震安全性，所述在主材结构几何模型上添加辅材杆件，调整主材结构几何模型的刚度，使其与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配，包括：
设定辅材杆件的添加位置；
在主材结构几何模型上添加辅材杆件，其中辅材杆件的初始刚度为主材杆件刚度的五分之一；
获取主材结构几何模型当前状态下的模态数据；
将模态数据与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据进行比较，若主材结构几何模型为偏刚性，则减小辅材杆件的刚度，反之增大辅材杆件的刚度，直至主材结构几何模型与该在役输电线路杆塔的刚度实测数据相匹配。
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