基於線上監測數據的高壓輸電塔風致易損性研究

《基於線上監測數據的高壓輸電塔風致易損性研究》是依託同濟大學，由謝麗宇擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於線上監測數據的高壓輸電塔風致易損性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：謝麗宇
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

高壓輸電塔是國家電力系統的重要基礎設施和生命線工程，它的安全性問題直接關係到國家電力系統的穩定運行。近年來，因風災導致的輸電塔倒塔破壞，造成了巨大的經濟損失。由於高壓輸電塔-線體系是一種具有質量輕、阻尼小、跨距大的高聳、柔性結構系統，使得輸電塔的風致回響分析、性能評估、易損性分析十分複雜、困難。本項目從反問題的方向著手，將導線的動張力作為未知的系統變數施加於輸電塔結構之上，採用荷載識別方法對其進行識別，從而將耦合的塔-線體系解耦為單塔結構。通過荷載識別，研究輸電線在風荷載作用下導線動張力的變化規律，研究動張力對輸電塔結構性能、失效模式的影響，對輸電塔進行多參數易損性分析，並基於實際工程的監測數據，驗證動張力識別算法的有效性，建立對易損性曲線進行修正的方法。本項目的完成將會為輸電塔結構安全評估、輸電塔-線系統規劃時的風險評估、全壽命周期內費用最佳化等研究，提供關鍵的分析基礎和有效的數據。

結題摘要

風災經濟損失評估包含風災危險性分析(Wind hazard analysis)、結構的易損性分析(Fragility analysis)、結構的經濟損失分析(Wind-induced loss estimation)三部分內容。其中，結構易損性分析是研究結構在一定強度的風荷載作用下結構所受到損傷或破壞的可能性，這是風災經濟損失評估的核心內容，也是結構工程學的主要研究內容。輸電塔—線體系作為一種工程結構，是生命線系統的重要組成部分，一旦在發生損壞，將對社會造成巨大影響。本項目對輸電塔—線體系的風災易損性進行了系統的研究，內容包括：根據風的基本特性和輸電塔—線體系的幾何特徵，利用諧波疊加法模擬了適合輸電塔—線體系動力分析的脈動風速時程；基於機率方法對結構的抗風性能進行了分析，考慮實際結構存在的各種不確定性，採用蒙特卡洛模擬法，對結構進行增量動力分析並結合Budiansky-Roth準則進行抗風性能分析，得到了抗風能力界限值的統計參數，獲得了結構抗風性能曲線，建立了結構的頂部最大位移角與風荷載強度，並據此定義結構的各個破壞狀態；對結構的風災易損性進行了分析並探索了採用雙參數強度因子的風災易損面分析方法，風荷載的平均風速不足以描述輸電塔結構所受到的脈動風荷載的強度，與建立的風災易損性曲線之間具有一定的差距，可見湍流強度也是很重要的荷載強度參數，採用多參數才能合理地表征風荷載強度，本項目採用平均風速和湍流強度作為描述風荷載強度的雙參數，建立了雙參數荷載強度因子表征的輸電塔—線體系風災易損性曲面，得到的各個破壞狀態的失效機率要比只考慮一個風荷載強度參數得到的破壞機率要更為準確。 本項目的成果可為輸電塔結構安全評估、輸電塔-線系統規劃時的風險評估、全壽命周期內費用最佳化等研究，提供關鍵的分析基礎和有效的數據。