一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法及系统技术方案

一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法，包括；基于预先构建的特高压输电杆塔有限元模型计算所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比；计算所述特高压输电杆塔的最大常规荷载效应应力比；基于所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比和最大荷载效应应力比确定所述特高压输电杆塔结构是否进行抗震设防划分；其中所述特高压输电杆塔有限元模型是基于梁杆混合单元模型构建的。通过对比地震工况和常规工况作用下的荷载效应，为特高压输电杆塔结构的抗震设防是否需要抗震验算提供依据。

【技术实现步骤摘要】
一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法及系统
本专利技术涉及电力工程防灾减灾领域，具体涉及一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法及系统
技术介绍
位于地震带上的区域，地震灾害频发，为了减少特高压输电线路在地震中的损失，特高压输电杆塔结构的抗震设计要求需要开展进一步研究。但是现有的规范标准中对于特高压输电杆塔结构抗震设计的规定并不明确，仅对500kV以下输电杆塔结构做了规定，对于抗震设防烈度8度及8度以下的地区，自立式输电铁塔不必进行抗震验算。另外，随着电压等级的提高，输电杆塔结构的高度和质量增加，有必要对特高压输电杆塔结构的抗震设防需求进行研究。为了在地震中或地震后，保证输电线路的功能不受损坏，不致大面积停电事故，本文参照电力设施中电气设施的规定，建议特高压输电杆塔结构抗震设防目标为：当受到相当于本地区抗震设防烈度及以下的地震影响时，不应受到破坏，仍可继续使用；当受到高于本地区抗震设防烈度对应的罕遇地震影响时，不应严重破坏，经维修后即可继续使用，即小震和中震不坏，大震可修。特高压输电杆塔结构在地震作用下因塔线耦合效应表现出非线性特征，输电塔的抗震研究的目的是为了满足地震作用下的安全性。随着电压等级的提高，输电塔架结构的高度和质量也随之增加，地震作用对结构设计的影响加剧，是否需要进行抗震验算，要充分考察输电塔杆件的最大应力比。曹枚根将杆塔结构的设防要求分为了两类，第一类是混凝土高塔，第二类是各类杆塔。对于混凝土高塔，如果所处位置在抗震设防烈度7度及以上地区时，需要进行抗震验算。对于各类杆塔，如果所处位置在抗震设防烈度9度以上地区时，需要进行抗震验算。陈大斌指出对于抗震设防烈度8度及以上地区的重要线路，采用混凝土结构杆塔时，宜进行抗震验算；抗震设防烈度8度地区Ⅳ类场地或抗震不利地段的铁塔应采取抗震措施；抗震设防烈度8度地区、结构型式复杂的铁塔以及抗震设防烈度9度及以上地区所有铁塔应进行抗震验算。陈大斌采用直接动力法分析了1基500kV双回路典型铁塔在地震作用下的承载能力，分析结果表明，在强震情况下，地震作用的荷载效应超出了杆塔的承载和变形能力；大跨越输电线路杆塔对安全性的要求较高，因此需要设置要求更高的设防目标，考虑强震下结构的抗震性能。李稳哲建立高压输电线铁塔模型，采用有限元方法，对高压输电铁塔在7级和8级地震影响下的力学行为进行数值模拟与分析。计算结果表明：但处于8级地震时，铁塔就处于不安全运行状态。秦庆芝、谢强等人以1000kV“皖电东送”同塔双回路SZ272P钢管塔和酒杯型ZBS1角钢直线塔为原型，进行了单塔、单塔挂质量块和塔线耦联体系的振动台试验。试验结果表明，在8度罕遇地震作用下，两种模型具有较好的抗震性能，满足相应规范的设计要求。在地震作用下，导、地线非线性振动对输电塔动力反应峰值的衰减是有利的。上述研究表明，杆塔结构抗震研究主要存在以下问题在输电线路杆塔结构设计中，一般不考虑地震作用。对于特高压输电线路杆塔结构没有明确要求。是否需要考虑地震作用，进行设计，需要进行区分和抗震设防分类方法。用以判断架空输电线路杆塔结构进行常规荷载(如风、冰荷载)设计的同时是否需要进行抗震设计。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的特高压输电杆塔结构的抗震设防要求不明确的问题，本专利技术提供一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法，包括：基于预先构建的特高压输电杆塔有限元模型计算所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比；计算所述特高压输电杆塔的最大常规荷载效应应力比；基于所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比和最大荷载效应应力比确定所述特高压输电杆塔结构是否进行抗震设防划分；其中所述特高压输电杆塔有限元模型是基于梁杆混合单元模型构建的。优选的，所述特高压输电杆塔有限元模型的构建包括：基于实际工程中螺栓质量和一些附属构件质量的影响设置有限元模型的材料密度和杆塔结构的阻尼比的数值；以主材和斜材采用梁单元模拟，辅助材采用杆单元模拟结合设置的数值建立特高压输电杆塔的有限元模型。优选的，所述基于所述有限元模型计算特高压输电杆塔的最大地震效应应力比包括：基于所述特高压输电杆塔的有限元模型计算模型中所有杆件的地震效应应力比；选取最大的地震效应应力比作为特高压输电杆塔的最大地震效应应力比。优选的，所述基于所述特高压输电杆塔的有限元模型计算模型中所杆件的地震效应应力比包括：基于所述特高压输电杆塔的有限元模型分别计算模型中每个杆件的组合应力值；计算每个杆件的组合应力值与容许应力值的比值得到每个杆件的地震效应应力比。优选的，所述基于所述特高压输电杆塔的有限元模型分别计算模型中每个杆件的组合应力值包括：基于特高压输电塔杆的有限元模型分别计算重力荷载、地震作用和风荷载作用下代表杆件的力学性能值；基于所述力学性能值得到杆件的最大拉力效应组合值和最大压力效应组合值；基于所述最大拉力效应组合值和最大压力效应组合值根据截面特性得到杆件的组合应力值。优选的，所述杆件的最大拉力效应组合计算式如下所示：S拉＝γGSG+ψWγWSWG+γESE式中：S拉：最大拉力效应组合；γG：重力荷载分项系数；SG：重力荷载效应值；ψW：风荷载组合系数；γW：风荷载分项系数；SWG：风荷载拉力效应值；γE：地震作用分项系数；SE：地震作用效应值。优选的，所述杆件的最大压力效应组合计算式如下所示：S压＝γGSG+ψWγWSWE-γESE式中：S压：最大拉力效应组合；γG：重力荷载分项系数；SG：重力荷载效应值；ψW：风荷载组合系数；γW：风荷载分项系数；SWE：风荷载拉力效应值；γE：地震作用分项系数；SE：地震作用效应值。一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类系统，其特征在于，包括：最大地震效应比计算模块、最大常规荷载效应应力比计算模块和抗震设防划分模块；所述最大地震效应比计算模块，基于预先构建的特高压输电杆塔有限元模型计算所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比；所述最大常规荷载效应应力比计算模块，计算所述特高压输电杆塔的最大常规荷载效应应力比；所述抗震设防划分模块，基于所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比和最大荷载效应应力比确定所述特高压输电杆塔结构是否进行抗震设防划分；其中所述特高压输电杆塔有限元模型是基于梁杆混合单元模型构建的。优选的，所述最大地震效应比计算模块包括：地震效应应力比计算子模块和最大值选择子模块；所述地震效应应力比计算子模块，基于所述特高压输电杆塔的有限元模型计算模型中所有杆件的地震效应应力比；所述最大值选择子模块，选取最大的地震效应应力比作为特高压输电杆塔的最大地震效应应力比。优选的，所述地震效应应力比计算子模块包括：组合应力计算子模块和应力比值计算子模块；所述组合应力计算子模块，基于所述特高压输电杆塔的有限元模型分别计算模型中每个杆件的组合应力值；所述应力比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法，其特征在于，包括：/n基于预先构建的特高压输电杆塔有限元模型计算所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比；/n计算所述特高压输电杆塔的最大常规荷载效应应力比；/n基于所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比和最大荷载效应应力比确定所述特高压输电杆塔结构是否进行抗震设防划分；/n其中所述特高压输电杆塔有限元模型是基于梁杆混合单元模型构建的。/n

【技术特征摘要】
1.一种特高压输电杆塔结构抗震设防分类方法，其特征在于，包括：
基于预先构建的特高压输电杆塔有限元模型计算所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比；
计算所述特高压输电杆塔的最大常规荷载效应应力比；
基于所述特高压输电杆塔的最大地震效应应力比和最大荷载效应应力比确定所述特高压输电杆塔结构是否进行抗震设防划分；
其中所述特高压输电杆塔有限元模型是基于梁杆混合单元模型构建的。


2.如权利要求1所述的抗震设防分类方法，其特征在于，所述特高压输电杆塔有限元模型的构建包括：
基于实际工程中螺栓质量和一些附属构件质量的影响设置有限元模型的材料密度和杆塔结构的阻尼比的数值；
以主材和斜材采用梁单元模拟，辅助材采用杆单元模拟结合设置的数值建立特高压输电杆塔的有限元模型。


3.如权利要求1所述的抗震设防分类方法，其特征在于，所述基于所述有限元模型计算特高压输电杆塔的最大地震效应应力比包括：
基于所述特高压输电杆塔的有限元模型计算模型中所有杆件的地震效应应力比；
选取最大的地震效应应力比作为特高压输电杆塔的最大地震效应应力比。


4.如权利要求3所述的抗震设防分类方法，其特征在于，所述基于所述特高压输电杆塔的有限元模型计算模型中所杆件的地震效应应力比包括：
基于所述特高压输电杆塔的有限元模型分别计算模型中每个杆件的组合应力值；
计算每个杆件的组合应力值与容许应力值的比值得到每个杆件的地震效应应力比。


5.如权利要求4所述的抗震设防分类方法，其特征在于，所述基于所述特高压输电杆塔的有限元模型分别计算模型中每个杆件的组合应力值包括：
基于特高压输电塔杆的有限元模型分别计算重力荷载、地震作用和风荷载作用下代表杆件的力学性能值；
基于所述力学性能值得到杆件的最大拉力效应组合值和最大压力效应组合值；
基于所述最大拉力效应组合值和最大压力效应组合值根据截面特性得到杆件的组合应力值。


6.如权利要求5所述的抗震设防分类方法，其特征在于，所述杆件的最大拉力效应组合计算式如下所示：
S拉＝γGSG+...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，杨风利，李正，董玉明，张宏杰，汪长智，房琛，朱彬荣，胡晓光，黄国，邢海军，张子富，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11