一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法技术

本发明专利技术属于塔式结构位移安全预测的技术领域，尤其涉及一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，包括以下步骤：步骤一：依据输电铁塔的几何边界条件选取弯曲与剪切变形静挠度函数。步骤二：基于能量法，提出一种振动基频算法。步骤三：对输电铁塔振动基频公式进行解析，得出各子系统的频率计算公式。步骤四：计算铁塔的振型函数。步骤五：解得铁塔在冲击作用下与时间相关的位移响应。步骤六：预测输电铁塔在落石冲击下的最大位移。本发明专利技术提出了一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，基于冲击位移响应函数可以得出铁塔不同时间在任意位置的位移值，与现有规范中的阈值进行对比，为落石崩塌风险地区的输电铁塔提前预警。警。警。

【技术实现步骤摘要】
一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法


[0001]本专利技术属于塔式结构位移安全预测的
，尤其涉及一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法。

技术介绍

[0002]输电铁塔作为输电线路与地面的连接节点，往往修建于山体陡坡处，这种地形易发生落石崩塌等地质灾害。
[0003]目前针对输电铁塔结构有较多关于风、雨、覆冰等载荷的计算方法，但是针对铁塔在落石冲击作用下的位移响应算法较少，这与山区输电线路潜在的防护需求是相悖的，因此提前预测落石冲击可能造成的后果对电网的安全运行有着重要作用。
[0004]在输电铁塔位移响应的预测方面，主要采用有限元建模与计算解析解的方法，建立有限元模型不仅计算复杂而且还要考虑较多相关因素，在一定程度上限制了对复杂结构位移响应的计算求解。
[0005]但输电铁塔形式多样，塔顶附近的横担分布情况较为复杂，直接求解振动方程很难获得精确解。因此如何高效预测落石冲击作用下最大位移的同时又能有较高的精确度是目前亟待解决的问题。
[0006]对此，本专利技术提出一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法。

技术实现思路

[0007]为了解决或者改善输电铁塔的高效预测落石冲击作用下最大位移的同时又能有较高的精确度问题，本专利技术提供了一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，具体技术方案如下：
[0008]本专利技术提供一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
>[0009]步骤一：依据输电铁塔的几何边界条件选取弯曲与剪切变形静挠度函数。
[0010]步骤二：基于能量法，提出一种同时考虑输电铁塔的弯曲和剪切变形，以及考虑塔顶附近横担分布与变截面特性的振动基频算法。
[0011]步骤三：基于组合合成法对步骤二的输电铁塔振动基频公式进行解析，并根据步骤一的静挠度函数进一步得出各子系统的频率计算公式。
[0012]步骤四：计算顶部有横担的底部固结，顶部自由的输电铁塔特征值，得出输电铁塔的振型函数。
[0013]步骤五：考虑到落石冲击力的非线性增加和衰减两个阶段，冲击力采用正弦半波函数，并与输电铁塔受冲击时的横向位移微分方程联立，解得铁塔在冲击作用下与时间相关的位移响应。
[0014]步骤六：根据步骤四和步骤五所得的振型函数和与时间相关的位移函数，得出输电铁塔在落石冲击下的位移响应函数，由此可以预测输电铁塔在落石冲击下的最大位移。
[0015]优选的，步骤一中，选取弯曲与剪切变形静挠度函数需要依据输电铁塔的几何边界条件，挠度函数可选取一端固定一端自由的塔弯曲变形时的静挠度函数，再取结构剪切变形的静挠度函数，计算取两个静挠度函数的傅里叶级数。
[0016]优选的，步骤二中，基于能量法的同时也要考虑输电铁塔的弯曲和剪切变形，以及塔顶附近的横担分布与变截面特性，铁塔的振动基频计算如下：
[0017][0018]式中E、G分别为结构的弹性模量和剪切模量，G＝3E/8，Wi为塔顶附近横担的重量，li为各横担距离塔底的距离，k
′
＝5/6(矩形截面)，重力常数g＝9.8N/kg，δ为单位脉冲函数。
[0019]优选的，对于底端固定的输电铁塔结构，其振动基频可表示由结构弯曲变形、剪切变形、塔身分布质量、横担分布及其质量计算而得。
[0020]优选的，步骤四中，顶部有横担的底部固结、顶端自由的输电铁塔振型函数可表示为:
[0021][0022]式中,Ai为模态振幅常数，λi为步骤四中计算出的特征值。
[0023]本专利技术的有益效果为：
[0024]1、本专利技术考虑了输电铁塔的弯曲变形和剪切变形，以及横担的分布作用，提出一种输电铁塔变截面结构的基频近似算法。
[0025]2、本专利技术提出了一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，基于冲击位移响应函数可以得出铁塔不同时间在任意位置的位移值，与现有规范中的阈值进行对比，为落石崩塌风险地区的输电铁塔提前预警。
[0026]3、本专利技术具有较高的运算精度，输电铁塔的自振基频误差在3％以内，位移响应的理论值误差在10％以内，该算法不仅适用于输电铁塔的基频和位移响应的计算，对其他底部固定的塔式结构也同样适用。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施结构示意图；
[0028]图2为本专利技术的实施例输电铁塔示意图；
[0029]图3为本专利技术实施例落石冲击作用下输电铁塔的位移响应示意图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0032]还应当理解，在本专利技术说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本专利技术。如在本专利技术说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0033]还应当进一步理解，在本专利技术说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
[0034]为了解决输电铁塔的高效预测落石冲击作用下最大位移的同时又能有较高的精确度问题，提出如图1所示的一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，步骤一：依据输电铁塔的几何边界条件选取弯曲与剪切变形静挠度函数。
[0035]步骤二：基于能量法，提出一种同时考虑输电铁塔的弯曲和剪切变形，以及考虑塔顶附近横担分布与变截面特性的振动基频算法。
[0036]步骤三：基于组合合成法对步骤二的输电铁塔振动基频公式进行解析，并根据步骤一的静挠度函数进一步得出各子系统的频率计算公式。
[0037]步骤四：计算顶部有横担的底部固结，顶部自由的输电铁塔特征值，得出输电铁塔的振型函数。
[0038]步骤五：考虑到落石冲击力的非线性增加和衰减两个阶段，冲击力采用正弦半波函数，并与输电铁塔受冲击时的横向位移微分方程联立，解得铁塔在冲击作用下与时间相关的位移响应。
[0039]步骤六：根据步骤四和步骤五所得的振型函数和与时间相关的位移函数，得出输电铁塔在落石冲击下的位移响应函数，由此可以预测输电铁塔在落石冲击下的最大位移。
[0040]第一步依据输电铁塔的几何边界条件，挠度函数y
f
可选取一端固定一端自由的塔弯曲变形时的静挠度函数，该函数如下式(1)所示：
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：依据输电铁塔的几何边界条件选取弯曲与剪切变形静挠度函数。步骤二：基于能量法，提出一种同时考虑输电铁塔的弯曲和剪切变形，以及考虑塔顶附近横担分布与变截面特性的振动基频算法。步骤三：基于组合合成法对步骤二的输电铁塔振动基频公式进行解析，并根据步骤一的静挠度函数进一步得出各子系统的频率计算公式。步骤四：计算顶部有横担的底部固结，顶部自由的输电铁塔特征值，得出输电铁塔的振型函数。步骤五：考虑到落石冲击力的非线性增加和衰减两个阶段，冲击力采用正弦半波函数，并与输电铁塔受冲击时的横向位移微分方程联立，解得铁塔在冲击作用下与时间相关的位移响应。步骤六：根据步骤四和步骤五所得的振型函数和与时间相关的位移函数，得出输电铁塔在落石冲击下的位移响应函数，由此可以预测输电铁塔在落石冲击下的最大位移。2.根据权利要求1所述的一种输电铁塔在落石冲击下的最大位移预测方法，其特征在于：步骤一中，选取弯曲与剪切变形静挠度函数需要依据输电铁塔的几何边界条件，挠度函数可选取一端固定一端自由的塔弯曲变形时的静挠度函数，再取结构剪...

【专利技术属性】
技术研发人员：边美华，杨艺云，覃宋林，彭家宁，张兴森，卢展强，李君华，刘桂婵，梁世容，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：