一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法技术

本发明专利技术涉及一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，包括：对复合材料套管的首批产品，分别进行地震模拟震动台试验和拟静力抗弯试验，分别得到抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst；通过所述抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst计算换算系数r；对于所述复合材料套管的非首批次产品，进行拟静力抗弯试验，得到抗弯极限承载力Mst’；通过所述换算系数r得到抗震极限承载力Mse’。本发明专利技术技术方案对复合材料套管的抗震性能检测具有现实的重要性。

A method for calibrating seismic ultimate bearing capacity of composite casing of transformer substation

The present invention relates to a method to calibrate the parameters of bearing capacity of a composite casing seismic limit substation including: first products of composite casing, respectively for seismic simulation shaking table test and pseudo static bending test, obtained seismic ultimate bearing capacity of Mse and the flexural ultimate bearing capacity of Mst; through the seismic bearing force Mse and the ultimate flexural capacity calculation of Mst conversion coefficient R; for the composite casing non first batches of products, pseudo static bending test, get the ultimate flexural capacity of Mst; through the conversion coefficient of R seismic bearing capacity Mse. The technical proposal of the invention has practical importance for detecting the seismic performance of the composite casing.

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术涉及高压电气设备抗震性能测试
，更具体涉及一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法。
技术介绍
：传统的变电站高压电气设备套管采用电瓷材质，电瓷材料因脆性属性，容易在地震事件中损坏。复合材料套管是瓷质套管的替代产品，其通过树脂基玻璃纤维复合材料套管及金属端具通过环氧树脂胶体黏接而成。由于玻璃纤维复合材料的良好力学性能，复合材料套管的被认为具有良好的抗震性能而为高烈度地区变电站优先选用。在工程抗震设计中，构件在地震荷载下的极限承载力是结构体系抗震能力评价的重要参数。然而，作为电气设备重要结构组件的复合材料套管，其抗震极限承载能力的标定方法却较为欠缺，具体表现为如下方面(1)地震模拟振动台试验中，难以进行极限状态下的承载能力试验。复合材料套管的地震台试验中，往往以设定等级的振动幅值为目标，考核设备是否能够承受相关等级地震荷载。然而，极限承载能力的标定，需要使所试设备达到损伤临界状态。按以往的试验方法，对一般复合材料套管设备可以通过增大输入幅值的方法使所试验设备达到承载力临界状态，而对于另外的部分设备，往往受地震模拟震动台设备能力限制而无法进行损伤极限状态下的测试。这种情况下，增加辅助试验装置，实现极限承载力测试和标定简单易行具有重要的意义。(2)单次试验代价昂贵，相关测试项目难以推广。由于单次地震模拟震动台试验费用较为昂贵，同时相关试验设备普及程度低，仅在部分专业抗震试验研究单位具备条件，一般电气设备生产厂家和检测单位不具备相关试验条件。这种情况下，地震模拟震动台试验方法仅能在型式试验中采用，难以在抽检环节中推广。设计易行的试验方法进行抗震极限承载能力测试，对复合材料套管的抗震性能检测具有现实的重要性。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，条理清晰、可操作性强。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，包括：对复合材料套管的首批产品，分别进行地震模拟震动台试验和拟静力抗弯试验，分别得到抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst；通过所述抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst计算换算系数r；对于所述复合材料套管的非首批次产品，进行拟静力抗弯试验，得到抗弯极限承载力Mst’；通过所述换算系数r得到抗震极限承载力Mse’。所述换算系数通过下式确定：r＝Mse/Mst。所述地震模拟震动台试验的装置包括设置在所述复合材料套管试件顶部的配重框和设置在所述复合材料套管试件底部的底座；在所述复合材料套管试件上设有应变计和加速度计；在放置所述装置的台面上和配重框上设有加速度计。所述复合材料套管试件的顶部和底部分别设有法兰；所述法兰分别通过螺栓与所述底座和配重框连接。所述应变计对称轴向分别设置在所述复合材料套管试件的底部法兰外侧和所述底部法兰内测；所述应变计轴向设置在所述复合材料套管试件上部，靠近所述顶部法兰的外侧、所述复合材料套管试件下部，靠近所述底部法兰的外侧和所述复合材料套管试件的中部外侧；所述加速度计设置在所述复合材料套管试件高度的1/4、的1/2和的3/4的外侧、所述配重框的中部、所述顶部法兰的外侧、所述底部法兰的外侧和所述复合材料套管试件下部，靠近所述底部法兰的外侧。在所述地震模拟震动台试验过程中，逐级施加地震荷载，输入的地震波为推荐时程波或按场地地震安全性评价报告选择人工时程波或实际地震波；输入加速度峰值从0.1g起，以0.1g为增幅逐级加大地震荷载，直至所述复合材料套管试件达到承载力极限并发生损伤；根据以下方法判断在所述地震模拟震动台试验中的所述复合材料套管试件的承载力极限：监测所述复合材料套管试件靠近其底部法兰外侧的应变时程，在未达到所述复合材料套管试件承载能力极限时，所述应变时程的曲线对称；在达到所述复合材料套管试件极限时，所述应变时程的曲线发生畸变；选取所述应变时程的曲线发生畸变时的工况为承载力极限发生的工况；取所述工况下畸变发生时段地震响应的峰值为承载能力极限计算的依据。记所述配重框与配重质量为m1，配重框中心距所述底部法兰距离为h1，取所述配重框中心处承载力极限加速度响应峰值为a1；记复合材料套管试件的上部段的质量为m2、中部段的质量为m3-m5和下部段的质量为m6；所述上部段为由顶部法兰的顶端向下到所述顶部法兰高度的2倍处；所述下部段为由底部法兰的底端向上到所述底部法兰高度的2倍处；所述中部段为除去所述上部段和下部段；将所述中部段平均分为三段，由上到下的质量依次记为m3、m4和m5；所述复合材料套管试件由上到下的各段质量的加速度峰值分别对应为a2-a6；所述复合材料套管试件的极限抗弯承载力Mse，通过下式确定：所述拟静力抗弯试验的装置包括设置在所述复合材料套管试件底部的底座和通过加载端固定装置与所述复合材料套管试件连接的作动器；在所述复合材料套管试件上设有应变计；在加载端位置设置位移测量计，用于测量加载端的水平位移。所述复合材料套管试件的底部设有法兰；所述法兰通过螺栓与所述底座连接；所述加载端固定装置为夹具，包括用于连接所述复合材料套管试件和作动器的可预紧的抱箍；所述作动器对其悬臂端施加推力；所述应变计对称轴向分别设置在所述复合材料套管试件的底部法兰外侧和所述底部法兰内测；所述应变计轴向设置在所述复合材料套管试件上部，靠近所述顶部法兰的外侧、所述复合材料套管试件下部，靠近所述底部法兰的外侧和所述复合材料套管试件的中部外侧。在所述拟静力抗弯试验过程中，通过所述作动器对其悬臂施加荷载，由位移量控制加载量，所述荷载的施加速率为5mm/min，通过单向加载或往复加载,直至所述试件发生破坏，且所述试件发生破坏时其承载力下降为未破坏时最大承载力的80％；当进行所述往复加载时，每一级别位移增量为10mm；按如下方法判定在所述拟静力抗弯试验中，所述复合材料套管试件承载能力极限：取所述拟静力抗弯试验得到的加载端位移d-加载力F曲线，所述加载端位移d-加载力F曲线由线性上升段、塑性上升段和下降段组成，取线性段终点为承载能力极限点，记此时的加载位移为dy，加载力为Fy；并得到复合套管在拟静力抗弯试验中的极限承载力值Mst，通过下式确定：Mst＝Fy*h其中，h为加载端至底部法兰的距离。和最接近的现有技术比，本专利技术提供技术方案具有以下优异效果1、本专利技术技术方案对非首批次产品减少了地震台试验项目，在保证结果有效性的前提下简化了试验过程；2、本专利技术技术方案节省了试验费用；3、本专利技术技术方案不仅能在型式试验中采用，也能在抽检环节中推广；4、本专利技术技术方案在选取更好性能的复合材料套管能，具有重要的意义；5、本专利技术技术方案减小复合材料套管在地震中的损坏率。附图说明图1为本专利技术实施例单节复合材料套管地震台试验装置结构示意图；图2为本专利技术实施例的底座结构俯视图；图3为本专利技术实施例的底座结构正视图；图4为本专利技术实施例配重框结构正视图；图5为本专利技术实施例配重框结构仰视图；图6为本专利技术实施例的未到达极限状态下，应变片曲线图；图7为本专利技术实施例的极限状态下，应变片曲线图；图8为本专利技术实施例的极限状态下，应变片曲线图示意图；图9为本专利技术实施例的地震台试验中复合套管极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：包括：对复合材料套管的首批产品，分别进行地震模拟震动台试验和拟静力抗弯试验，分别得到抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst；通过所述抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst计算换算系数r；对于所述复合材料套管的非首批次产品，进行拟静力抗弯试验，得到抗弯极限承载力Mst’；通过所述换算系数r得到抗震极限承载力Mse’。

【技术特征摘要】
1.一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：包括：对复合材料套管的首批产品，分别进行地震模拟震动台试验和拟静力抗弯试验，分别得到抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst；通过所述抗震极限承载力Mse和抗弯极限承载力Mst计算换算系数r；对于所述复合材料套管的非首批次产品，进行拟静力抗弯试验，得到抗弯极限承载力Mst’；通过所述换算系数r得到抗震极限承载力Mse’。2.如权利要求1所述的一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：所述换算系数通过下式确定：r＝Mse/Mst。3.如权利要求1所述的一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：所述地震模拟震动台试验的装置包括设置在所述复合材料套管试件顶部的配重框和设置在所述复合材料套管试件底部的底座；在所述复合材料套管试件上设有应变计和加速度计；在放置所述装置的台面上和配重框上设有加速度计。4.如权利要求3所述的一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：所述复合材料套管试件的顶部和底部分别设有法兰；所述法兰分别通过螺栓与所述底座和配重框连接。5.如权利要求4所述的一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：所述应变计对称轴向分别设置在所述复合材料套管试件的底部法兰外侧和所述底部法兰内测；所述应变计轴向设置在所述复合材料套管试件上部，靠近所述顶部法兰的外侧、所述复合材料套管试件下部，靠近所
\t述底部法兰的外侧和所述复合材料套管试件的中部外侧；所述加速度计设置在所述复合材料套管试件高度的1/4、的1/2和的3/4的外侧、所述配重框的中部和所述复合材料套管试件下部，靠近所述底部法兰的外侧。6.如权利要求5所述的一种变电站复合材料套管抗震极限承载力参数的标定方法，其特征在于：在所述地震模拟震动台试验过程中，逐级施加地震荷载，输入的地震波为推荐时程波或按场地地震安全性评价报告选择人工时程波或实际地震波；输入加速度峰值从0.1g起，以0.1g为增幅逐级加大地震荷载，直至所述复合材料套管试件达到承载力极限并发生损伤；根据以下方法判断在所述地震模拟震动台试验中的所述复合材料套管试件的承载力极限：监测所述复合材料套管试件靠近其底部法兰外侧的应变时程，在未达到所述复合材料套管试件承载能力极限时，所述应变时程的曲线对称；在达到所述复合材料套管试件极限时，所述应变时程的曲线发生畸变；选取所述应变时程的曲线发生畸变时的工况为承载力极限发生的工况；取所述工况下畸变发生时段地震响应的峰值为承载能力极限计算的依据。7.如权利要求6所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李圣，卢智成，程永锋，朱祝兵，钟珉，韩嵘，孙宇晗，刘振林，张谦，林森，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网山西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11