一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法，具体为：考虑输电塔结构与风荷载的不确定性的基础上，对输电塔在风荷载作用下的风振响应和抗倒塌能力进行数值模拟，分析两种输电塔风致易损性因素，第一种输电塔风致易损性因素描述为结构在一定风速作用下达到或者超过某种破坏极限状态的概率，第二种输电塔风致易损性因素描述为结构作用力的PDF与结构抗力的CDF进行积分得到的条件概率；考虑风方向性计算输电塔失效概率，并进一步给定风场与输电塔情况下进行输电线塔最优布置研究。本发明专利技术对输电线塔风致易损性考虑因素全面，系统性强，可用于考虑风速风向的输电线塔失效概率计算与给定风场下的输电塔最优布置研究。研究。研究。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法


[0001]本专利技术属于输电线塔抗风
，具体涉及一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法。

技术介绍

[0002]输电线塔体系是轻质、高柔、小阻尼、风敏感结构，风荷载已成为结构设计的主要控制因素之一。近年来，输电线塔在强风作用下的破坏或倒塌屡有发生。作为重要的生命线结构体系，输电线塔的倒塌不仅仅造成本身的经济损失，其引起的大规模停电，将会对社会与人民的财产带来严重的损失。
[0003]对输电线塔进行风致易损性评估在实践应用方面有着重要意义。不仅能为工程人员进行输电塔设计、建造提供参考，同样能为保险行业进行风险管理和转移提供重要数据，还可以为政府部门进行防灾减灾提供支撑。
[0004]当前，输电线塔风致易损性方面的研究取得不少进展，但较少进行系统性分析，也未进行考虑风方向性的输电线塔易损性评估。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法。
[0006]本专利技术的一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法，考虑输电塔结构与风荷载的不确定性的基础上，对输电塔在风荷载作用下的风振响应和抗倒塌能力进行数值模拟，分析两种输电塔风致易损性因素。
[0007]第一种输电塔风致易损性因素描述为结构在一定风速作用下达到或者超过某种破坏极限状态的概率，公式为：
[0008]F
R
(v)＝P[Td＞L
s
|V＝v][0009]式中，F
R<br/>为易损性；P[]为失效概率；Td为塔顶位移，L
s
为结构的某种性能水准或破坏极限状态对应的塔顶位移；V为输电塔10米高度处平均风速；v为一定条件下的风速实际强度。
[0010]第二种输电塔风致易损性因素描述为结构作用力的PDF与结构抗力的CDF进行积分得到的条件概率，公式为：
[0011][0012]式中，F
Ls
(L
s
|Td)代表给定塔顶位移Td情况下达到某性能水准塔顶位移L
s
的累计条件概率分布，f
Td
(Td|V)代表给定基本风速V情况下塔顶位移Td的条件概率分布。
[0013]考虑风方向性计算输电塔失效概率，并进一步给定风场与输电塔情况下进行输电线塔最优布置研究，具体为：
[0014](a)采取等分划分区间方法，将360
°
划分为12个区间。
[0015](b)计算各风向区间服从极值Ⅰ型分布的年最大风速的位置参数与尺度参数。
[0016](c)各风向区间的位置参数与尺度参数采用调和函数拟合，以此得到其他方向的
位置参数与尺度参数。
[0017](d)结合风场特性与易损性曲线，计算一年内不同方向输电塔破坏与倒塌概率。
[0018](e)通过改变输电塔布置方向，计算不同布置方向的输电塔失效概率，根据最小失效概率实现输电塔最优布置。
[0019]进一步的，第一种输电塔风致易损性因素分析步骤如下：
[0020](1)考虑风荷载的不确定性，采用谐波合成法模拟任一基本风速V下输电塔、线各位置脉动风速时程，并按照相应规范换算成风荷载时程曲线。
[0021](2)考虑输电塔材料性能和几何尺寸的不确定性，采用拉丁超立方抽样方法模拟20个随机结构样本，记为不确定性结构样本S
i
，i＝1，2，
···
，20。
[0022](3)对每个不确定性结构样本S
i
进行非线性屈曲分析，确定各结构样本破坏位移极限值i＝1，2，
···
，20与倒塌位移界限值i＝1，2，
···
，20。
[0023](4)通过改变基本风速，即V＝30
‑
75m/s，增量为0.1m/s，对每个不确定性结构样本S
i
进行动态增量分析，计算输电塔在不同基本风速下的塔顶位移，一共获得20条最大位移与基本风速曲线，得到每个样本的最大位移首次超过与时的基本风速与i＝1，2，
···
，20。
[0024](5)根据与绘制不同风向角下输电塔破坏及倒塌状态风致易损性曲线。
[0025]进一步的，第二种输电塔风致易损性因素分析步骤如下：
[0026](1)考虑风荷载的不确定性，采用谐波合成法模拟任一基本风速V下输电塔、线各位置脉动风速时程，并按照相应规范换算成风荷载时程曲线。
[0027](2)考虑输电塔材料性能和几何尺寸的不确定性，采用拉丁超立方抽样方法模拟20个随机结构样本，记为不确定性结构样本S
i
，i＝1，2，
···
，20；获得各结构样本临界破坏位移i＝1,2,
···
,20与临界倒塌位移i＝1,2,
···
,20；通过对和进行分析处理得到输电塔抗力的累积概率密度函数CDF。
[0028](3)对每个不确定性结构样本S
i
，进行相同基本风速V下的风致响应计算获得塔顶位移i＝1,2,
···
,20，通过对进行分析处理得到输电塔作用力的概率密度函数PDF，通过调整基本风速获得不同基本风速下的PDF。
[0029](4)通过对输电塔抗力的累积概率密度函数CDF和作用力的概率密度函数PDF的概率分布进行卷积得到某一基本风速下输电塔破坏与倒塌的概率，由此得到输电塔风致易损性曲线。
[0030]本专利技术的有益技术效果为：
[0031]本专利技术对输电线塔风致易损性考虑因素全面，系统性强，可用于考虑风速风向的输电线塔失效概率计算与给定风场下的输电塔最优布置研究。
附图说明
[0032]图1为本专利技术第一种输电塔风致易损性因素分析步骤。
[0033]图2为本专利技术第二种输电塔风致易损性因素分析步骤。
[0034]图3为本专利技术实施例获得输电塔塔顶位移荷载位移曲线。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。
[0036]本专利技术的一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法，考虑输电塔结构与风荷载的不确定性的基础上，对输电塔在风荷载作用下的风振响应和抗倒塌能力进行数值模拟，分析两种输电塔风致易损性因素。提出考虑风方向性的计算输电塔失效概率的方法，并进一步给定风场与输电塔情况下进行输电线塔最优布置研究。
[0037]第一种输电塔风致易损性因素描述为结构在一定风速作用下达到或者超过某种破坏极限状态的概率，公式为：
[0038]F
R
(v)＝P[Td＞L
s
|V＝v][0039]式中，F
R
为易损性；P[]为失效概率；Td为塔顶位移，L
s
为结构的某种性能水准或破坏极限状态对应的塔顶位移；V为输电塔10米高度处平均风速；v为一定条件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法，其特征在于，考虑输电塔结构与风荷载的不确定性的基础上，对输电塔在风荷载作用下的风振响应和抗倒塌能力进行数值模拟，分析两种输电塔风致易损性因素；第一种输电塔风致易损性因素描述为结构在一定风速作用下达到或者超过某种破坏极限状态的概率，公式为：F
R
(v)＝P[Td＞L
s
V＝v]式中，F
R
为易损性；P[]为失效概率；Td为塔顶位移，L
s
为结构的某种性能水准或破坏极限状态对应的塔顶位移；V为输电塔10米高度处平均风速；v为一定条件下的风速实际强度；第二种输电塔风致易损性因素描述为结构作用力的PDF与结构抗力的CDF进行积分得到的条件概率，公式为：式中，F
Ls
(L
s
Td)代表给定塔顶位移Td情况下达到某性能水准塔顶位移L
s
的累计条件概率分布，f
Td
(TdV)代表给定基本风速V情况下塔顶位移Td的条件概率分布；考虑风方向性计算输电塔失效概率，并进一步给定风场与输电塔情况下进行输电线塔最优布置研究，具体为：(a)采取等分划分区间方法，将360
°
划分为12个区间；(b)计算各风向区间服从极值Ⅰ型分布的年最大风速的位置参数与尺度参数；(c)各风向区间的位置参数与尺度参数采用调和函数拟合，以此得到其他方向的位置参数与尺度参数；(d)结合风场特性与易损性曲线，计算一年内不同方向输电塔破坏与倒塌概率；(e)通过改变输电塔布置方向，计算不同布置方向的输电塔失效概率，根据最小失效概率实现输电塔最优布置。2.根据权利要求1所述的一种考虑风方向性的输电线塔易损性分析方法，其特征在于，所述第一种输电塔风致易损性因素分析步骤如下：(1)考虑风荷载的不确定性，采用谐波合成法模拟任一基本风速V下输电塔、线各位置脉动风速时程，并按照...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国庆，朱超，杨庆山，汪大海，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：