專利名稱：一種基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于工程結構的失效預警方法，尤其涉及一種應用于輸電塔的 結構失效預警方法。
背景技術：
輸電線路是高負荷電能輸送的載體，是重要的生命線工程。作為輸電線路的核心 組成部分，輸電塔的結構安全對整個輸電線路的安全至關重要。2008年初全國范圍內的暴 風雪、凍雨等極端天氣條件，引起湖南、貴州等地2000余座輸電塔倒塌，導致大范圍停電事 故。因而，對輸電塔結構實施安全監(jiān)測十分必要。輸電塔結構安全監(jiān)測的重點是結構在工作狀態(tài)下的力學特征，包括靜力特征(應 力和位移等)和動力特征(振動頻率和響應等)兩大類。利用結構應力等靜力特征對結構 進行安全監(jiān)測已有一定的研究。但是，對工作狀態(tài)下的輸電塔，目前的技術手段難以獲得很 準確的結構全場應力特征。因而，基于靜力特征的監(jiān)測方法研究重點在于結構應力特征的 準確獲取。與此同時，目前的技術手段已經(jīng)能夠準確獲得工作狀態(tài)下輸電塔的動力特征，特 別是頻率特征。然而，如何利用動力特征對結構進行安全監(jiān)測，特別是對結構失效問題進行 預警尚缺乏有效的方法。

發(fā)明內容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于提供一種基于動力特征的輸電塔結構失效預警方 法，重點解決如何將實測動力特征和結構先驗分析相結合，對工作狀態(tài)下的輸電塔的結構 失效問題進行預警，從而建立輸電塔結構失效預警方法。技術方案本發(fā)明所述的基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，具體包括如 下步驟(1)建立輸電塔高保真動態(tài)有限元模型首先，建立輸電塔的初始有限元模型；其次，根據(jù)輸電塔竣工時的實測動力特征對初始有限元模型進行修正，獲得高保 真動態(tài)有限元模型。(2)建立輸電塔動力特征變化率與荷載之間的函數(shù)關系首先，確定輸電塔的極限荷載；其次，以極限荷載為上限，確定分級荷載；再次，計算在分級荷載下的動力特征，并求相對于竣工時動力特征的變化率；最終，建立動力特征變化率和荷載間的函數(shù)關系；(3)利用振動傳感器獲得輸電塔在工作狀態(tài)下的動力特征首先，在輸電塔安裝振動傳感器；其次，通過振動傳感器測量輸電塔工作狀態(tài)下的振動響應；最終，采用運行狀態(tài)模態(tài)識別技術獲得工作狀態(tài)下的動力特征，并計算該動力特征相對于竣工時動力特征的變化率。(4)根據(jù)實測動力特征的變化率和上述函數(shù)關系，對輸電塔結構失效進行預警首先，將實測動力特征變化率代入函數(shù)關系，求解荷載；其次，將該荷載與結構失效荷載進行比較，判斷結構是否將發(fā)生失效，將失效則發(fā) 出失效預警。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，其有益效果是本發(fā)明通過將實測動力特征與結構先驗 分析相結合，可以對工作狀態(tài)下輸電塔的結構失效問題進行預警；本發(fā)明運用高保真建模 技術、運行狀態(tài)模態(tài)識別技術，可以在結構失效發(fā)生前準確地做出預警，避免重大事故的發(fā) 生。


圖1為本發(fā)明實施例中運用高保真建模技術獲得輸電塔高保真動態(tài)有限元模型；圖2為本發(fā)明實施例中結構的荷載-位移曲線圖；圖3為本發(fā)明實施例中動力特征變化率和荷載間的函數(shù)關系圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明技術方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限 于所述實施例。以某輸電塔為例，采用本發(fā)明的方法對其進行結構失效預警，具體步驟如下(1)建立輸電塔高保真動態(tài)有限元模型，具體方法如下首先，建立輸電塔的初始有限元模型輸電塔的有限元建模有多種方案，本實施例 中采用梁桿混合方案為例進行說明，即采用梁單元模擬主材、橫桿、斜撐和主腹桿，采用桿 單元模擬次腹桿，有限元模型共含有1184個單元。初始有限元模型的計算結果，包括模態(tài) 階次、模態(tài)振型及對應的模態(tài)頻率見表1。表1初始有限元模型的模態(tài)頻率及誤差
權利要求
一種基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，其特征在于包括如下步驟(1)建立輸電塔高保真動態(tài)有限元模型；(2)建立輸電塔動力特征變化率與荷載之間的函數(shù)關系；(3)利用振動傳感器獲得輸電塔在工作狀態(tài)下的動力特征；(4)根據(jù)實測動力特征的變化率和上述函數(shù)關系，對輸電塔結構失效進行預警。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，其特征在于步驟(1)包括如下步驟(11)建立輸電塔的初始有限元模型；(12)根據(jù)輸電塔竣工時的實測動力特征對初始有限元模型進行修正，獲得高保真動態(tài) 有限元模型；
3.根據(jù)權利要求1所述的基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，其特征在于步驟(2)包括如下步驟(21)確定輸電塔的極限荷載；(22)以極限荷載為上限，確定分級荷載；(23)計算在分級荷載下的動力特征，并求相對于竣工時動力特征的變化率；(24)建立動力特征變化率和荷載間的函數(shù)關系；
4.根據(jù)權利要求1所述的基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，其特征在于步驟(3)包括如下步驟(31)在輸電塔安裝振動傳感器；(32)通過振動傳感器測量輸電塔工作狀態(tài)下的振動響應；(33)采用運行狀態(tài)模態(tài)識別技術獲得工作狀態(tài)下的動力特征，并計算該動力特征相對 于竣工時動力特征的變化率。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，其特征在于步驟(4)包括如下步驟(41)將實測動力特征變化率代入函數(shù)關系，求解荷載；(42)將該荷載與結構失效荷載進行比較，判斷結構是否將發(fā)生失效，將失效則發(fā)出失效預警。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于動力特征的輸電塔結構失效預警方法，包括如下步驟(1)建立輸電塔高保真動態(tài)有限元模型；(2)建立輸電塔動力特征變化率與荷載之間的函數(shù)關系；(3)利用振動傳感器獲得輸電塔在工作狀態(tài)下的動力特征；(4)根據(jù)實測動力特征的變化率和上述函數(shù)關系，對輸電塔結構失效進行預警。本發(fā)明通過將實測動力特征與結構先驗分析相結合，可以對工作狀態(tài)下輸電塔的結構失效問題進行預警；本發(fā)明運用高保真建模技術、運行狀態(tài)模態(tài)識別技術，可以在結構失效發(fā)生前準確地做出預警，避免重大事故的發(fā)生。
文檔編號E04H12/00GK101956476SQ20101051424
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月21日 優(yōu)先權日2010年10月21日
發(fā)明者費慶國, 韓曉林 申請人:東南大學