【摘要】： 輸電塔、桅桿和電視塔等結構,是一類與人類生命線直接相關的建筑結構型式,它被廣泛地應用于國民經(jīng)濟建設的各個行業(yè)。由于它具有高和柔的特點,因此一般對風的作用比較敏感。在強風的長期作用下較易引起結構的損傷,甚至最終導致塔桅鋼結構的倒塌。如我國每年都有十余座輸電塔會在臺風或大風雨中倒塌,特別是2008年我國南方地區(qū)雪災帶來的輸電線塔倒塌事故最為嚴重。在此類結構中,最易發(fā)生的結構損傷之一是法蘭聯(lián)結節(jié)點螺栓脫落的損傷。由于它不易為人們所察覺,且螺栓脫落嚴重時會大大地降低結構的抗風能力,因此研究它的損傷診斷方法對于保證塔架鋼結構的安全就更為必要。 本文提出了一種優(yōu)化等效的方法,即以反映結構整體特性的精細化有限元模型與等效簡化模型兩者間的剛度矩陣誤差最小為等效原則,在把螺栓脫落損傷等效為法蘭聯(lián)結處桿端截面抗彎剛度下降的基礎上,通過基于共軛梯度法的優(yōu)化等效方法,建立了節(jié)點聯(lián)結螺栓脫落損傷的等效模型,為高聳塔架結構節(jié)點螺栓脫落損傷診斷系統(tǒng)的模型建立提供了依據(jù)。在此基礎上,本文建立了具有法蘭螺栓聯(lián)結節(jié)點的大型輸電線塔體系精細化有限元模型,并進行了風荷載作用下導線幾何非線性對塔結構響應的影響分析。 本文進行了法蘭節(jié)點螺栓脫落損傷對輸電塔結構模態(tài)參數(shù)的敏感性分析,明確了應變模態(tài)作為損傷判別指標的可行性,并從工程測試的角度出發(fā),提出了基于人工激勵的應變模態(tài)獲取方式,借助于數(shù)值仿真和模型試驗的方法,進行了驗證;同時,探討了風致節(jié)點豎向應變響應的統(tǒng)計方差作為輸電塔螺栓脫落損傷指標的可行性。 本文提出了基于應變模態(tài)的輸電塔法蘭聯(lián)結節(jié)點螺栓脫落損傷位置與程度的改進模糊模式識別方法,開展了某實際輸電塔架結構塔身豎桿的法蘭節(jié)點螺栓脫落損傷診斷的數(shù)值仿真分析,通過距離貼近度與相似貼近度的雙重識別可以達到對輸電塔架結構螺栓脫落損傷的位置和程度的準確診斷,認證了該方法的有效性。 本文提出了基于應變模態(tài)的輸電塔法蘭聯(lián)結節(jié)點螺栓脫落損傷的智能診斷方法。首先,構建了輸電塔架結構法蘭節(jié)點螺栓脫落損傷的二步診斷法:第一步,由基于應變模態(tài)的第一層神經(jīng)網(wǎng)絡的區(qū)域初診;第二步,采用改進遺傳算法的損傷桿件具體位置與程度的確診;通過某塔架結構法蘭節(jié)點螺栓的實例仿真分析,對二步法的有效型進行了驗證。其次,從概率角度出發(fā),推導了噪聲環(huán)境下目標函數(shù)中噪聲的統(tǒng)計特性,通過剔除噪聲對遺傳算法的目標函數(shù)進行了有效的修正,該修正后的遺傳算法成功應用于輸電塔法蘭節(jié)點螺栓脫落損傷的診斷分析中;仿真結果表明,該方法能有效提高遺傳算法在噪聲環(huán)境下的收斂性能,能對結構損傷進行正確診斷和評估。 本文開展了基于結構風振響應的輸電塔法蘭聯(lián)結節(jié)點螺栓脫落損傷位置診斷的研究。首先分析了輸電塔結構塔身豎桿法蘭聯(lián)結節(jié)點風致響應的特點,并推導了結構塔身豎桿節(jié)點風致豎向應變響應方差的歸一化公式,明確了節(jié)點風致響應歸一化的統(tǒng)計方差只與結構的損傷程度有關,與外加的風荷載無關的特點,然后提出了基于結構風致響應的輸電塔塔身法蘭聯(lián)結節(jié)點螺栓脫落損傷位置診斷的小波分析方法,最后通過一實際輸電塔法蘭螺栓脫落損傷的仿真分析表明,驗證了本文提出方法的有效性。 為了驗證損傷診斷理論的有效性,本文分別開展了初始人工激勵和地震激勵下塔架結構塔身豎桿的法蘭節(jié)點聯(lián)結螺栓脫落損傷的試驗研究,試驗結果表明,本文提出的損傷診斷方法能很好的對模擬的螺栓脫落損傷位置和程度進行有效的識別,該損傷診斷試驗的理論和方法為實際工程的應用提供了一手的資料。
【圖文】：

2005一04一20雙北線191號塔破壞

則需要增加截面尺寸作為調(diào)整變量，此時可選取長寬不一致的矩形截面，以保證x、y方向下剛度矩陣的不一致性。為了等效的方便，法蘭連接構件中帶有加勁肋的空心圓筒，如圖2.6和2.7(此模型以湘江輸電塔塔柱圖紙資料為依據(jù))，同樣簡化為一梁單元，帶肋空心圓筒以空心圓筒為基，通過兩者截面特性的關系，乘以相應倍數(shù)即可。如表2.2示意其等效關系:圖2.6下部帶肋空心圓筒圖2.7土部帶肋空心圓筒表2.2帶肋空心圓筒剛度簡化分分類 類 IXXXXIYYYY12222下下下帶肋圓筒筒 0.8963IE一 04440.8963lE一 04440.90334E一 0444部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部空 空空心圓筒筒 0.35549E一 04440.35549E一 04440.25755E一 0444倍 倍倍數(shù) 數(shù) 2.5213332.5213333.507444上上上帶肋圓筒筒 0.78203E一 04440.78203E一 04440.7879lE一 0444部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部部空 空空心圓筒筒 0.2388OE一 04440.23880E一 04440.15073E一0444倍 倍倍數(shù) 數(shù) 3.2748883.2748885.2273
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：TH131.3

【引證文獻】

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1 俞登科;李正良;韓楓;汪之松;;基于性能目標的特高壓輸電塔抗風可靠度分析[J];防災減災工程學報;2013年06期

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1 韓楓;特高壓輸電塔線體系的抗風可靠度研究[D];重慶大學;2012年

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1 孫登坤;考慮損傷的輸電塔整體結構安全評定[D];武漢理工大學;2011年

2 祝肖斐;考慮焊接殘余應力的輸電塔節(jié)點板應力場的多尺度分析[D];武漢理工大學;2010年

3 趙而年;高聳塔架結構塔身豎桿法蘭聯(lián)結節(jié)點螺栓脫落損傷識別的試驗研究[D];武漢理工大學;2012年

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本文編號：2636074