风荷载作用下输电塔体系可靠度分析

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近年来,随着我国国民经济的快速发展,对资源的合理开发和利用取得了长足进步。尤其是在引导电力资源方面,特高压输电塔线以其输电能力强和效益高等特点被广泛运用。作为重要生命线工程的电力设施,输电塔线体系的破坏将会导致供电系统的瘫痪,这不仅严重影响了人们的生产建设,生活秩序,而且可能会引发其它次生灾害。输电塔作为特殊的高耸结构,风荷载是导致其破坏的作用之一。因此,对输电塔进行在风荷载作用下的体系可靠性性能分析显得越发重要。本文采用蒙特卡洛(Monte-carlo)法对一种大跨越输电塔进行风荷载作用下的体系静力可靠度分析,主要研究内容为:介绍了风荷载的分布函数模型以及特性和构件材料的抗力分布模型。对于输电塔中的角钢构件,由于其特殊的形状特性,容易在受压时发生翘曲屈曲,而降低构件的承载能力。本文采用Ansys有限元分析软件中SHELL181单元建立了角钢模型,并通过施加初始缺陷和初始残余应力模拟真实的钢材性质,进行受力分析,得到角钢构件的屈曲承载力和失稳后承载力-相对位移曲线下降斜率。数值分析表明,角钢受压屈曲与构件长细比、宽厚比、加载方式等有关,其中构件长细比为主要因素。因此,本文根据构件长细比分别进行曲线拟合,提出了角钢构件屈曲和后屈曲的双折线失效模型。对大型输电塔进行简化,主要是对塔头部分、塔身横隔以及起支撑作用的辅助细杆进行了处理,得到塔架的空间桁架体系模型。荷载工况考虑塔架,导、地线,绝缘子等的重力,45°角的侧向塔架风荷载以及导、地线的风荷载。塔架上的风荷载处理成平均作用在每节段的节点上,导、地线的风荷载作用在塔架的悬挂节点上。用Matlab程序进行弹性范围内的静力分析,并与Ansys软件所建有限元模型的计算结果进行对比,相差在5%以内,证明程序有效。采用Matlab计算软件编制了可靠度分析程序,分别进行了桁架体系与混合体系下的塔架体系可靠度计算。通过结果对比分析,发现更符合实际输电塔特性的混合体系的失效概率要大于桁架体系模型,可靠指标相差约0.44。
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