【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及架空输电线路角钢塔加固领域，尤其涉及一种基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算方法。
技术介绍
1、输电塔架是输电线路的重要组成部分，是分布最为广泛、应用最多的钢结构构筑物，其结构安全可靠，既是保障电力输送稳定的基础，更是保障国民经济快速并平稳发展的重要先决条件。但是，随着我国经济的快速发展，供电需求的不断增加，许多按照早期标准建设的塔架急需升级，需要安装更多的绝缘子和传导器，使得塔架的荷载大大增加；另一方面，受钢材腐蚀、风致疲劳等问题影响，塔架构件承载力自身也会随着服役时间而有所下降。输电塔的荷载需求不断增大，其自身构件的性能也在不断退化，给输电塔的结构安全带来了巨大隐患，极易引发输电铁塔的整体倒塌。如果简单地对这些承载力不足的输电塔结构进行拆除重建，一方面会花费大量的人力、物力和财力，另一方面，重建输电塔需要执行大面积停电施工，给国民生产生活带来不可估量的影响。因此，根据输电塔结构破坏机制特征，对一些薄弱杆件进行合理地加固处理，就目前而言，是最为经济合理的选择。
2、目前，针对输电塔加固的施工方法有：负荷加固、卸荷加固和从原结构上拆下加固或更新部件进行加固。后两种施工方法需要停电施工，工期紧、成本高，且施工难度大，相比之下，负荷状态的加固方案具有显著优势。现有的负荷状态加固往往针对钢材作为加固材料进行加固，不可避免的存在加固材重量大、野外运输吊装困难、耐腐蚀性能差等问题。相对于传统的钢材加固，复合材料加固具有耐腐蚀、质量轻、易施工等一系列优势，尤其是输电塔分布广泛，在一些山区、湖海等恶劣环
3、但是，现有技术中关于复合材料定量的加固效果，国内外现有技术尚未详细的计算公式，目前仅能通过试验或有限元分析方法计算复合材料加固构件的承载力，其过程较为复杂，耗时较长，计算误差较大。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算方法，能够解决现有技术无法通过表达式直接计算grpu加固角钢承载力的技术问题。
2、为实现上述目的，本专利技术所设计的一种基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算方法，该计算方法包括以下步骤，
3、基于轴压试验结果建立有限元分析模型，开展参数化分析；
4、将grpu加固材的加固效果简化为分布在构件跨中位置的弹簧约束；
5、基于欧拉公式推导出角钢构件的稳定承载力计算公式；
6、基于参数化分析结果，通过最小二乘法拟合，推导出grpu加固材等效为弹簧提供的承载力计算公式；
7、角钢的稳定承载力与grpu加固材等效为弹簧提供的承载力之和即为grpu加固角钢的承载力，从而推导出基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算公式；
8、对拟合结果进行误差分析，验证计算结果的准确性。
9、作为优选方案，以欧拉为代表的学者针对压杆的弹性屈曲研究，得出欧拉公式如下：
10、
11、式(2)中p——压杆的稳定承载力；
12、e——压杆的弹性模量；
13、i——压杆的截面惯性矩；
14、l——压杆的长度；
15、如果只考虑角钢参与轴心受压，基于欧拉公式推导出角钢构件的稳定承载力计算公式如下：
16、
17、式(3)中pcr，1——角钢的稳定承载力；
18、es——角钢的弹性模量(gpa)；
19、is——角钢的截面惯性矩(mm4)；
20、μ——角钢计算长度系数；
21、l——角钢的长度。
22、作为优选方案，基于等效弹性约束模型，推导出grpu加固材等效为弹簧提供的承载力计算公式如下：
23、
24、式(6)中：
25、k0——拟合公式整体修正系数； kef——关于加固材类型的修正系数；
26、kas——关于角钢规格的修正系数； kf——关于角钢材质的修正系数；
27、kλ——关于长细比的修正系数； kc——关于加固构件加固比的修正系数；
28、klb——关于加固构件螺栓间距的修正系数； ktr——关于grpu加固材厚度的修正系数；
29、通过参数分析发现对grpu加固材加固效果影响较大的参数包括加固比c、角钢长细比λ、螺栓间距lb、加固材厚度tr，将上述4个参数作为拟合公式的自变量，通过最小二乘法进行拟合，将式(6)进一步转化为式(7)，
30、
31、式(7)中：ef——加固构件拉伸模量(gpa)；
32、λ——角钢长度与回转半径的比值(即角钢长细比)；
33、lb——加固构件螺栓间距(mm)；
34、i——角钢回转半径(mm)；
35、if——grpu加固材截面惯性矩(cm4)；
36、f——角钢构件屈服强度(mpa)；
37、as——角钢构件截面积(cm2)；
38、c——加固构件的加固比，即加固长度la与角钢长度l0的比值。
39、进一步地，grpu加固角钢的承载力等于角钢的稳定承载力与grpu加固材等效为弹簧提供的承载力之和，将式(3)和式(7)求和即为grpu加固角钢的承载力计算公式：
40、
41、式(5)中：pcr——grpu加固角钢的承载力；
42、pe——grpu加固材等效为弹簧提供的承载力。
43、本专利技术的有益效果：
44、本专利技术提供了一种基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算方法，本专利技术针对参数分析模型，结合轴压试验构件失效机理及破坏模式的研究，将加固构件的稳定承载力简化为一个平面弹性支撑下的杆件稳定问题，将grpu的加固效果等效为弹簧约束，以计算压杆稳定的欧拉公式为基础，将有限元方法与最小二乘法结合。假设角钢加固构件在加载过程中处于线弹性范围内，基于欧拉公式推导出角钢构件的稳定承载力计算公式；将grpu加固材的加固效果简化为分布在构件跨中位置的弹簧约束，推导出弹簧约束提供的承载力计算公式；角钢构件的稳定承载力与弹簧约束提供的承载力之和即为拟合的角钢加固构件稳定承载力；最后与有限元模拟结果相比，本专利技术计算方法的结果计算误差在7.83％以内，计算误差相对较小，表明本专利技术提出的计算方法具有较高的准确性。
45、国内外现有技术尚未提出grpu加固角钢承载力计算公式，技术人员目前仅能通过试验或有限元分析方法计算复合材料加固构件的承载力，其过程较为复杂，耗时较长。因此，本专利技术能够解决现有技术无法通过显示表达式直接计算grpu加固角钢承载力的技术问题，并且本专利技术的计算方法具有耗时短，计算误差小的优点。
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1.一种基于等效弹性约束模型的GRPU加固角钢承载力计算方法，其特征在于：该计算方法包括以下步骤，基于轴压试验结果建立有限元分析模型，开展参数化分析；
2.根据权利要求1所述的一种基于等效弹性约束模型的GRPU加固角钢承载力计算方法，其特征在于：以欧拉为代表的学者针对压杆的弹性屈曲研究，得出欧拉公式如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于等效弹性约束模型的GRPU加固角钢承载力计算方法，其特征在于：基于等效弹性约束模型，推导出GRPU加固材等效为弹簧提供的承载力计算公式如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于等效弹性约束模型的GRPU加固角钢承载力计算方法，其特征在于：GRPU加固角钢的承载力等于角钢的稳定承载力与GRPU加固材等效为弹簧提供的承载力之和，将式(3)和式(7)求和即为GRPU加固角钢的承载力计算公式：
【技术特征摘要】
1.一种基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算方法，其特征在于：该计算方法包括以下步骤，基于轴压试验结果建立有限元分析模型，开展参数化分析；
2.根据权利要求1所述的一种基于等效弹性约束模型的grpu加固角钢承载力计算方法，其特征在于：以欧拉为代表的学者针对压杆的弹性屈曲研究，得出欧拉公式如下：
3.根据权利要求2所述的一种基于等效弹性约束模型的...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈志辉，付诗禧，徐彬，龚正轩，曾二贤，黄雄辉，冯衡，王松涛，吴海兵，胡超，王亚东，伍林伟，王新洋，王思宇，李毅阳，于嵩松，曾士文，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司，
类型：发明
国别省市：
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