腐蚀损伤对输电塔结构抗落石冲击性能的影响

摘要

钢结构输电塔是大型输电线路中重要的支撑结构，其结构强度和刚度设计是一项重要工作，对各种钢结构输电塔在服役期间会经受的主要载荷的结构强度与刚度设计已形成了相关的设计规范。然而，针对输电塔处在一些特殊地质带存在的落石危害，以及在漫长的服役期中受大气环境的影响，其钢结构总会存在不同程度的腐蚀现象而使其结构强度与刚度减损等问题的研究还不是很充分。因此，本论文工作以钢结构输电塔典型钢材和塔型为研究对象，针对不同长短的时间对应的钢材腐蚀损伤量对输电塔结构抗落石冲击性能影响的问题开展相应的实验和理论研究，对发展钢结构输电塔的设计基础理论和提高在役输电塔的运管工作具有一定的科学和现实意义。　　本文首先针对不同长短时间对应的钢材腐蚀损伤量的问题，以西南某地区降雨数据为依据，统计整理了西南某地区月降雨峰值情况和逐年累计持续降雨时间，通过五种典型概率分布函数对该地区进行年降雨持续时间单概率密度函数建模分析和结果比较分析，确定并采用基于耿贝尔(Gumbel)分布的线性组合建立了混合概率密度模型，确立了服役期内高电压输电塔遭遇的腐蚀时间样本点，估计出服役期内塔架钢构件在未经任何防腐保护措施下的腐蚀失重率，以及加速腐蚀试验的工况和试件。　　其次，针对钢结构输电塔抗落石冲击性能的问题，采用动力相似关系建立了输电塔缩尺模型，通过落石冲击荷载作用下输电塔结构动力响应试验，对不同冲击能量作用下输电塔结构展开动力响应分析，研究冲击区域、不同结构高度的加速度、应变等时程曲线随冲击物质量、冲击角度、冲击物释放高度的变化规律。　　最后，针对不同长短时间对应的钢材腐蚀损伤量对输电塔结构抗落石冲击性能影响的问题，根据不同腐蚀损伤程度下材料屈服强度、延伸率的变化规律，采用结构有限元模型，分析讨论了结构动力特性随腐蚀程度的变化规律，并通过了冲击试验验证获得了腐蚀损伤对输电塔结构在冲击荷载作用下的动力响应结果。　　通过本论文工作的研究，得到的主要结论有：采用基于耿贝尔分布的线性组合建立的混合概率密度模型与实测数据吻合良好，以及结合相关研究确定的10%、20%和30%的腐蚀失重率具有一定代表性；当模拟落石的小钢球以0.5m的高度和40度的坡度撞击塔体第二框腿件时，钢球质量为50g、100g和150g时均为线弹性响应，为200g时出现塑性变形；对于同为200g钢球的同条件撞击10%、20%、30%腐蚀失重率并与无腐蚀失重率的比较，输电塔的抗冲击性能下降明显。　　本论文研究建立的雨量混合概率密度模型，输电塔缩尺模型及落石撞击模拟实验方法，以及对不同腐蚀失重率对输电塔抗落石冲击性能的研究结果，可供相关研究借鉴和参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 结构冲击动力响应分析

1.2.2 环境腐蚀对钢结构性能的影响

1.3 本文主要工作

2 环境腐蚀损伤建模

2.1 引言

2.2 年降雨量统计

2.3 单概率密度分布函数建模

2.3.1 正态分布

2.3.2 对数正态分布

2.3.3 韦伯(Weibull)分布

2.3.4 耿贝尔(Gumbel)分布

2.3.5 伽马(Gamma)分布

2.4 联合概率模型

2.5 腐蚀建模

2.6本章小结

3 落石冲击荷载作用下输电塔结构动力响应分析

3.1引言

3.2 试验概况

3.3输电塔缩尺模型的制作

3.3.1相似关系的确定

3.3.2 缩尺模型的制作

3.4 试验装置与方案的设计

3.4.1 试验设备及工况

3.4.2试验测点的布置

3.5冲击试验结果与分析

3.5.1撞击区域加速度试验结果

3.5.2不同结构高度加速度试验结果

3.5.3撞击区域应变值试验结果

3.6 不同动量下的冲击结果与分析

3.7本章小结

4 腐蚀损伤对输电塔结构冲击动力响应的影响

4.1 引言

4.2 腐蚀损伤对材料性能的影响

4.3 腐蚀损伤对输电塔结构动力特性的影响

4.3.1 无腐蚀损伤模型动力特性

4.3.2 腐蚀损伤对模型动力特性的影响

4.4 腐蚀损伤作用对输电塔结构的动力响应分析

4.4.1腐蚀量变化的冲击试验结果

4.4.2 质量变化的冲击试验结果

4.4.3 冲击后残余变形的试验结果

4.4.4 结构整体响应模式

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1研究结论

5.2有待于进一步解决的问题

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果