電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法，該方法不僅可以對基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，而且可以對鐵塔扶正過程中的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，給出扶正效果分析；該方法基于有限元分析軟件ANSYS對基礎(chǔ)變形后鐵塔的承載能力進(jìn)行分析；該方法可以對不均勻基礎(chǔ)沉降情況進(jìn)行分析；該方法可以對大風(fēng)、覆冰荷載與基礎(chǔ)變形進(jìn)行荷載組合分析，共完成9個工況的計算分析，給出每種工況的評估結(jié)果。
【專利說明】電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)輸電鐵塔的檢修維護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路經(jīng)過地震地質(zhì)變形區(qū)、地下水位下降區(qū)、煤礦采空區(qū)等環(huán)境時，輸電線路鐵塔基礎(chǔ)將發(fā)生沉降、傾斜、不均勻沉降、水平滑移等破壞，進(jìn)而使鐵塔的根開和塔腿高差發(fā)生變化，塔體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的附加應(yīng)力，造成塔體局部破壞或整體發(fā)生倒塌，直接威脅鐵塔安全及線路的穩(wěn)定運行。我國《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》和《架空送電線路運行規(guī)程》中對不同塔高的地基沉降變形值做了相關(guān)規(guī)定，而對基礎(chǔ)不均勻沉降和發(fā)生水平滑移等情況的限值還沒有明確規(guī)定。這樣的情況下，鐵塔是否可以繼續(xù)使用，扶正的必要性有多大，對其健康狀況進(jìn)行評估成為一個亟待解決的問題，本發(fā)明的方法可以對這種情況下基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀態(tài)給出一個準(zhǔn)確評估。
[0003]目前，對采空區(qū)基礎(chǔ)變形鐵塔的研究大都集中在鐵塔變形后的基礎(chǔ)扶正或加固技術(shù)上面，而對扶正過程中鐵塔的健康狀況的評估方法沒有報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法，該方法不僅可以對基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，而且可以對鐵塔扶正過程中的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，給出扶正效果分析；該方法基于有限元分析軟件ANSYS對基礎(chǔ)變形后鐵塔的承載能力進(jìn)行分析；該方法可以對不均勻基礎(chǔ)沉降進(jìn)行分析；該方法可以對大風(fēng)、覆冰荷載與基礎(chǔ)變形進(jìn)行荷載組合分析，共完成9個工況的計算分析，給出每種工況的評估結(jié)果。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0006]電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法，該方法基于有限元分析軟件ANSYS，不僅可以對基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，而且可以對鐵塔扶正過程中的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，給出扶正效果分析；具體步驟如下:
[0007]I)對不均勻沉降基礎(chǔ)變形鐵塔進(jìn)行ANSYS有限元建模；
[0008]2)對鐵塔有限元模型進(jìn)行健康狀態(tài)評估，如果滿足要求，給出鐵塔健康狀況達(dá)標(biāo)結(jié)論，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行扶正；
[0009]3)監(jiān)測鐵塔的塔腳沉降量，計算得到各塔腳的相對不均勻沉降量；
[0010]4)在模型中施加常遇風(fēng)，風(fēng)力施加角度分別為90度、60度、45度、O度四種情況，對基礎(chǔ)變形扶正鐵塔進(jìn)行不均勻沉降健康狀態(tài)分析評估，如果滿足健康要求，進(jìn)行大風(fēng)工況評估，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行重新扶正；
[0011]5)在模型中施加大風(fēng)，風(fēng)力施加角度分別為90度、60度、45度、O度四種情況，對基礎(chǔ)變形扶正鐵塔進(jìn)行不均勻沉降健康狀態(tài)分析評估，如果滿足健康要求，進(jìn)行覆冰工況評估，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行重新扶正；[0012]6)在模型中施加覆冰荷載，對基礎(chǔ)變形扶正鐵塔進(jìn)行不均勻沉降健康狀態(tài)分析評估，如果滿足健康要求，給出鐵塔健康狀況達(dá)標(biāo)結(jié)論，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行重新扶正。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:該方法給出了基礎(chǔ)變形鐵塔的通用健康狀態(tài)通用評估方法，不僅可以對基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，而且可以對鐵塔扶正過程中的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，給出扶正效果分析。該方法可以給出基礎(chǔ)變形鐵塔是否需要扶正的評估意見，可以避免采用盲目的扶正措施，也可以有效的給出扶正過程有效性的參考意見，使得扶正措施有效的實施，可以總體把握基礎(chǔ)變形鐵塔的健康動態(tài)?？梢员苊庖驗殍F塔基礎(chǔ)變形引起的塔體局部破壞或整體發(fā)生倒塌，大幅度提高了鐵塔安全及線路的運行的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明基礎(chǔ)變形桿塔的ANSYS有限元模型圖。
[0015]其中圖a)為鐵塔的ANSYS模型圖，圖b)為鐵塔塔腳編號圖。
[0016]圖2是本發(fā)明進(jìn)行不均勻沉降量健康狀況評估的9種常見荷載組合工況說明框圖。
[0017]圖3是本發(fā)明具體實施實例中鐵塔的主材軸力桿件編號。
[0018]圖4是本發(fā)明具體實施實例中鐵塔在60度、20m/s常遇風(fēng)工況下風(fēng)速軸力及位移云圖。
[0019]圖中a)為風(fēng)速軸力云圖，b)為位移云圖。
[0020]圖5是本發(fā)明具體實施實例中鐵塔在60度、32m/s大風(fēng)工況下風(fēng)速軸力及位移云圖。
[0021]圖中a)為風(fēng)速軸力云圖，b)為位移云圖。
[0022]圖6是本發(fā)明不均勻基礎(chǔ)沉降狀況基礎(chǔ)變形鐵塔健康狀況評估方法的流程圖。【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0024]本發(fā)明針對2009年4月6日某高壓輸電線路受某煤礦采空區(qū)沉降影響，發(fā)生嚴(yán)重傾斜的20#塔為例，其傾斜度為9%。，必須加以扶正。重點評估該鐵塔扶正過程中的健康狀況。以首次扶正措施為例，首次扶正采取增加B、C、D接腿的長度，分別增加量為180mm，460mm，270mmo
[0025]圖1中a)圖為發(fā)生嚴(yán)重傾斜的20#鐵塔的ANSYS有限元模型，塔腳編號如圖1中b)所示。鐵塔主材采用BEAM4梁單元模擬，斜材及輔助材采用LINK8桿單元模擬，主材與斜材連接方式為鉸接。
[0026]圖2為本發(fā)明進(jìn)行不均勻沉降量健康狀況評估的9種常見荷載組合工況說明框圖。大風(fēng)、覆冰是輸電線路常遇荷載，本方法主要將大風(fēng)、覆冰荷載與基礎(chǔ)變形進(jìn)行荷載組合，共完成9種工況的分析。每種工況按照3個荷載步施加:(I)施加自重、風(fēng)荷載(或覆冰荷載);(2)施加基礎(chǔ)初始水平滑移；(3)在各個塔腳施加不均勻沉降位移。
[0027]圖3 為 20# 鐵塔主材軸力桿件編號，有 940、960、980、1000、1020、1040、1060、2410、2500總共9個編號，用兩個編號的表示一段主材，如1000-1020。
[0028]圖4為60度、20m/s的常遇風(fēng)工況下，沉降量A、B、C、D為50mm、10mm、10_、0_的
20#鐵塔風(fēng)速軸力及位移云圖，圖中a)為風(fēng)速軸力云圖，b)為位移云圖。運用ANSYS軟件仿真分析有沉降軸力和應(yīng)力比如下表1所示。
[0029]表1:60度、20m/s常遇風(fēng)工況下沉降軸力及應(yīng)力比的仿真數(shù)據(jù)結(jié)果
[0030]
【權(quán)利要求】
1.電力系統(tǒng)基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀況評估方法，其特征在于，該方法基于有限元分析軟件ANSYS，不僅可以對基礎(chǔ)變形鐵塔的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，而且可以對鐵塔扶正過程中的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，給出扶正效果分析；具體步驟如下: 1)對不均勻沉降基礎(chǔ)變形鐵塔進(jìn)行ANSYS有限元建模； 2)對鐵塔有限元模型進(jìn)行健康狀態(tài)評估，如果滿足要求，給出鐵塔健康狀況達(dá)標(biāo)結(jié)論，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行扶正； 3)監(jiān)測鐵塔的塔腳沉降量，計算得到各塔腳的相對不均勻沉降量； 4)在模型中施加常遇風(fēng)，風(fēng)力施加角度分別為90度、60度、45度、O度四種情況，對基礎(chǔ)變形扶正鐵塔進(jìn)行不均勻沉降健康狀態(tài)分析評估，如果滿足健康要求，進(jìn)行大風(fēng)工況評估，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行重新扶正； 5)在模型中施加大風(fēng)，風(fēng)力施加角度分別為90度、60度、45度、O度四種情況，對基礎(chǔ)變形扶正鐵塔進(jìn)行不均勻沉降健康狀態(tài)分析評估，如果滿足健康要求，進(jìn)行覆冰工況評估，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行重新扶正； 6)在模型中施加覆冰荷載，對基礎(chǔ)變形扶正鐵塔進(jìn)行不均勻沉降健康狀態(tài)分析評估，如果滿足健康要求，給出鐵塔健康狀況達(dá)標(biāo)結(jié)論，如果不滿足要求，采用塔腿加長法對鐵塔進(jìn)行重新扶正。
【文檔編號】G06F17/50GK103632004SQ201310628788
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月1日
【發(fā)明者】姜輝, 孫艷鶴, 朱靜, 于存湛, 聞爽, 李洪陽, 王麗飛, 唐勇, 趙志國, 郭雷明, 劉立洋, 劉昕, 張博, 彭飛翔, 姬軍鵬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 遼寧省電力有限公司檢修分公司, 陜西博天科技實業(yè)有限責(zé)任公司