【摘 要】
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随着服役时间的增长,输电杆塔的结构抗力及材料性能等均会出现退化现象,这是由于服役杆塔长期所处外界环境、材料本身的特性和外部荷载作用等多种因素导致的。研究服役杆塔因腐蚀所导致的可靠指标下降和寿命缩短问题一直是工程领域的聚焦热点及关键难点,现有的输电塔设计规范中对杆塔结构在全寿命周期内的安全性问题考虑尚不充分。因此,亟须从时变可靠度的角度出发,针对服役杆塔在全生命周期的指标变化规律,来掌握不同使用年限
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随着服役时间的增长,输电杆塔的结构抗力及材料性能等均会出现退化现象,这是由于服役杆塔长期所处外界环境、材料本身的特性和外部荷载作用等多种因素导致的。研究服役杆塔因腐蚀所导致的可靠指标下降和寿命缩短问题一直是工程领域的聚焦热点及关键难点,现有的输电塔设计规范中对杆塔结构在全寿命周期内的安全性问题考虑尚不充分。因此,亟须从时变可靠度的角度出发,针对服役杆塔在全生命周期的指标变化规律,来掌握不同使用年限下结构的性能水准。针对以上问题和需求,本文主要围绕“腐蚀影响下服役杆塔的时变可靠度”这一关键性问题,通过结合现有规范和数值分析,对服役杆塔在不同等级大气环境下的腐蚀行为、可靠指标进行研究,旨在建立一种针对输电杆塔结构更为高效的时变可靠度分析方法及寿命评估准则。本文主要研究内容如下:(1)本文首先采用规范表达式对杆塔结构的可靠度进行了分析。其中,风荷载效应比的取值是规范表达式中求解构件可靠度最重要的影响因素之一,尽管其取值范围已存在诸多研究,但关于该范围的选取仍存在较为主观的问题。为此,本文通过将风荷载效应比作为随机变量并基于真实杆塔样本数据进行分布拟合,得到其相应的统计规律。在此基础上,本文对规范表达式下的杆塔时变可靠度展开研究,考虑到传统抗力退化模型存在不符合客观事实规律、对不同环境适应性差、退化函数不灵活等问题,本文建立了一种考虑不同大气环境的腐蚀退化模型,通过将不同腐蚀等级下的钢材腐蚀深度与统计参数相结合,从而更为准确地模拟杆塔结构的抗力退化过程,并进一步结合规范表达式中不同参数的取值及相互影响进行定量分析,得出各参数之间的发展规律。(2)针对规范表达式求解的结构可靠度所反映的是规范设计条件下,杆塔结构可靠度的平均指标,而在对具体指定杆塔进行时变可靠度分析时难以适用,本文采用有限元软件对具体杆塔进行建模分析,通过两种不同方法来进行对比计算,第一种方法引入一阶弹性假设,仅使用一次有限元分析即可得出构件可靠度,但该方法只适用于线弹性结构;第二种方法基于随机抽样进行可靠度分析,虽然对非线性结构同样适用,但效率较低。本文通过误差分析验证了方法一的计算精度,并基于此展开时变可靠度计算,通过分析得出了时变可靠度的变化趋势及规律。(3)考虑到腐蚀具有较大差异性,尽管采用腐蚀退化模型进行计算,但误差仍会存在,进而引入基于MCMC法和Rosenblatt变换的贝叶斯更新方法,利用杆塔服役过程中的检测数据对模型进行更新,同时,结合结构重要性系数给出了腐蚀环境下,考虑贝叶斯更新后的杆塔构件时变可靠度及其剩余寿命。最后,总结了本文主要结论,并对下一步的研究计划和方向进行讨论。
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