基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法

为了准确、高效地评估输电塔半刚性节点的力学特性,提出了一种基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法,通过引入代理模型方法近似半刚性节点几何尺寸与极限抗弯承载力、初始转动刚度之间的函数关系,建立具有较高精度的预测模型,进而结合Kish-Chen幂函数模型拟合输电塔半刚性节点的弯矩-转角曲线。结果表明,提出的基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法能减少实验和数值模拟的成本,较好地模拟输电塔半刚性节点实际受力-变形情况,为输电塔半刚性节点的工程设计和理论研究提供了参考。     

多尺度模型下高压输电钢管塔关键节点失效模式的研究

为探究多尺度模型下高压输电钢管塔关键节点在极端气候条件下的失效模式,以某大跨越直线塔为研究背景,提出了一种在有限元软件ABAQUS中实现不同尺度单元连接的方法,并验证了跨尺度连接的合理性。建立了结构行为一致多尺度输电钢管塔模型,通过对比分析证明了多尺度模型的合理性。对输电塔可能遇到的大风、覆冰、断线三种极端气候工况进行了数值模拟,通过对数值模拟结果的分析,得到了不同工况下输电塔关键节点的失效模式,为高压输电钢管塔的设计和维修加固提供了可靠的依据。     

基于模态分析的输电塔结构优化模型

选取常见的干字型角钢塔,提出一种新型的基于模态分析输电塔结构优化模型。构建参数化输电塔结构有限元模型,采用拉丁超立方抽样方法进行高效抽样,将样本空间进行均匀划分,再对样本空间抽样,规避了Monte Carlo法样本空间低效重复抽样的缺点,有效提高Monte Carlo随机有限元法的运算效率;分别采用线性回归,纯二次回归,交叉回归及完全二次回归公式优化输电塔结构,通过线性回归残差分析,并综合考虑相关系数R2、F值、P值及评估误差E,选用完全二次回归模型构造输电塔随机输入变量与各随机输出变量之间的数学关系;分别采用模拟退火算法与遗传算法对模型进行优化,优化结果表明：两种算法均能实现全局搜索,规避优化过程中局部最小点;遗传算法的优势更为明显,收敛速度快,计算耗时短,并且目标函数的优化结果较模拟退火算法更优;与输电塔原始结构相比,遗传算法和模拟退火算法优化后的输电塔耗材总体积分别降低19.97%和19.96%,较为接近;经遗传算法优化后的输电塔优化结构五阶固有频率与一阶固有频率的差值是原设计的138.1%,模拟退火算法优化后的结果为113.7%,经遗传算法优化后的输电塔优化结构更好。     

覆冰导线断裂对输电塔受力与变形的影响

以某高压覆冰分裂导线输电线路为例,采用有限元程序ANSYS建立输电塔线体系有限元模型,进行覆冰导线断裂对输电塔受力与变形的影响研究.结果表明:在导线断裂工况下,导线断裂对输电塔的受力与变形影响很大,断线数目越多,输电塔上材料承受的应力越大且变形量增加越大.     

山区输电塔滚石撞击响应分析及撞击力计算

为了掌握滚石撞击作用下山区输电塔受力特性,以某山区800kV特高压输电线路T型输电塔为对象,采用非线性显式动力学分析软件,建立了输电塔滚石撞击有限元模型,研究了输电塔撞击区域杆件变形、应力及其时程变化,分析了滚石撞击位置、角度、速度以及滚石直径对输电塔撞击响应的影响规律,给出了输电塔滚石撞击力峰值计算公式,并与其它算法对比验证。结果表明：输电塔滚石撞击力呈现三角脉冲形态,持续时间短、冲击力大;输电塔撞击区域塔杆变形和内力较大,撞击时塔杆应力水平瞬时达到峰值,随后迅速振荡衰减,并逐渐稳定;滚石撞击后塔杆发生塑性变形,出现残余应力,但残余剪应力水平小于残余轴向应力;滚石撞击位置处于1/6到1/8塔高时,滚石撞击力峰值和杆件的残余轴向应力相对较大,撞击角度为0°时,输电塔的撞击响应最为剧烈,撞击速度和滚石直径对输电塔撞击响应影响较大;④撞击力峰值拟合公式可用于输电塔滚石撞击力的估算。     

螺栓连接对外力荷载下输电塔的影响

为保证送电线路的安全运行,在输电塔设计过程中需对沿线的气象情况进行等效外力荷载的转换并模拟验算.传统的结构有限元分析方法通常将角钢间的螺栓连接简化为刚接或铰接,忽略其滑移、偏心效应,在进行外力荷载下的输电铁塔的力学特性分析中存在较大误差.基于ANSYS软件,在考虑塔身斜撑杆螺栓滑移的初始滑移模型的基础上,进一步引入塔腿和塔头部位螺栓连接的影响,建立了改进滑移模型,数值结果同时与初始滑移模型和两种传统模型进行对比.首先通过全尺寸塔的动、静态试验结果验证了新模型的合理性,进而研究最大工作荷载工况下的模型响应.结果表明:改进滑移模型优化了弯曲模态频率的预测,并能够真实模拟输电塔的变形和轴力情况.螺栓连接的影响程度还与荷载组合工况相关,对于分析最危险的导线断线工况,考虑塔腿和塔头螺栓连接的影响十分有必要.     

考虑SSI效应的特高压输电塔风致响应试验

为了研究风荷载作用下输电塔-基础-地基耦合效应(SSI效应)对输电塔风致响应的影响,以一座特高压输电塔-基础-地基体系为例,按照离散刚度法设计其气弹模型,采用一个刚性质量块来模拟基础,U型弹簧和阻尼器来模拟地基,对气弹模型进行风洞试验,并研究地基阻尼和刚度对输电塔结构风致响应的影响规律。研究表明:1)考虑SSI效应后,模型的振动衰减要慢于刚性地基模型;同时,随着地基刚度的减小,模型的综合刚度减少且自振周期增大;2)地基刚度的减小会使上部结构位移和加速度响应逐渐增大,对塔脚反力基本没有影响;随着地基阻尼的增大,塔身加速度逐渐减小,但位移和塔脚反力几乎保持不变。因此,在进行输电塔结构设计时应考虑SSI效应的影响。     

高压输电塔线体系风致非线性振动气弹模型风洞试验

基于边界层风洞气弹模型试验的方法,对高压输电塔线耦联体系的风振响应进行了试验研究,首次在风洞中重现了输电塔线体系倒塔破坏现象.研究表明:在紊流风场中,高压输电塔线体系的风致振动呈现较强的非线性振动特征,随风速增加,非线性振动程度加剧,且输电塔结构振动呈现出混沌振动特征;由于输电线与绝缘子振动的影响,塔线体系中输电塔高阶模态的振动非常显著,且随风速增加,高阶模态的能量甚至强于低阶模态的能量;导地线与绝缘子对输电塔结构的影响随风速增加而增强.塔线体系的风振响应计算需考虑高阶模态的影响.结构设计时,需合理考虑大风时导地线与绝缘子的非线性振动对输电塔的影响.     

高压输电塔风振控制的能量特性

研究了输电塔线体系风振控制的能量评估问题.采用多自由度模型建立了输电塔线体系动力分析模型和磁流变(MR)阻尼器的力学模型,研究了安装有MR阻尼器的塔线耦联体系的动力分析模型和受控运动方程,并采用局域反馈的固定增量半主动控制策略来实现输电塔结构风振反应的半主动控制.提出了设置有MR阻尼器的输电塔结构风振反应的能量评价标准并将其应用于某大跨越输电塔线体系的风振控制.分析表明:MR阻尼器可以有效地抑制输电塔结构的风振反应,通过能量评定方法可以准确地考察不同控制方法的控制效果.     

输电塔随机地震反应分析及可靠度计算

地震动具有很强的随机性,合理描述地震动随机过程是结构抗震设计的重要前提.本文运用正交展开方法生成了随机地震动,将样本总体二阶统计特性与规范进行了比较,并结合概率密度演化理论,进行了输电塔在顺线向输入随机地震动时的反应分析和可靠度计算.得出了输电塔在随机地震动激励下的概率密度演化规律,以及在以塔顶位移转角为失效控制模式下的可靠度,并试图尝试将传统输电塔抗震设计中的基于承载力转向基于可靠度,为输电塔结构抗震的精细化设计提供一个新的参考.     

大跨越输电塔的结构优化分析

为了研究和解决大跨越输电塔的优化设计问题,以结构截面、根开和腰部尺寸为设计变量,以结构质量为经济性优化目标,以结构各构件应力比差的平方和为等强度优化目标,提出了经济性等强度优化设计方案,建立了优化目标函数,并采用APDL语言编制了相应的优化程序,利用基于共轭梯度法的一阶优化算法对优化目标函数进行了求解.优化计算结果表明,经济性优化设计方案侧重于节省钢材,等强度优化设计方案则侧重于结构的等可靠性,而经济性等强度优化设计方案既可以满足工程的经济性要求,又可以适当提高结构的整体安全性.     

半刚性连接钢框架的简化计算方法

采用已有的三参数力学模型模拟半刚性连接梁柱节点的弯矩-转角性能．根据小变形叠加原理,推导了半刚接梁单元杆端弯矩的计算公式以及不同情况下连接的转动刚度与弯矩传递系数．在此基础上,通过对钢框架侧移刚度和半刚接梁单元转动刚度的修正,提出了半刚接钢框架内力和层间位移的简化计算方法．算例结果表明：该计算方法可靠,可用于结构的初步设计和最终校核．     

基于GWO改进神经网络的风致输电杆塔响应计算方法

针对基于有限元方法的风致输电杆塔仿真模型存在模型参数设置复杂、响应速度低下等问题,本文提出了一种结合杆塔仿真计算与机器学习的杆塔应力快速计算方法,实现了风致输电杆塔仿真模型的高效运算。本文首先利用有限元仿真分析10~35 m/s风速0~90°风向下输电杆塔的应力结果,将其作为神经网络训练样本;分析杆塔本征参数及气象因素对杆塔应力结果的影响,提出一种基于风速、风向和塔材类型等因素的特征值选取方法;利用GWO优化算法提高神经网络准确度,建立基于GWO-BPNN的杆塔风致应力计算模型,计算速度可达建模仿真的10倍以上。在准确率上,基于数据集划分训练集及验证集,模型准确率在98%以上,将计算结果与实际杆塔受灾情况相比情况一致。本模型可用于输电线路防风预警,致力于输电线路防灾减灾。     

半刚性连接空间钢框架结构的二阶非弹性分析

将有限单元法与梁柱法相结合，建立了半刚性连接的空间钢框架结构的二阶弹塑性分析方法。该法综合考虑了几何、材料和半刚性连接效应。基于非线性连续介质力学理论和考虑剪切效应的稳定插值函数建立的严格三维梁柱单元刚度方程，包含了轴向、剪切、双向弯曲与扭转及其各耦合效应。三维单元简化塑性区模型可模拟塑性扩展，利用梁单元两端抗转弹簧来模拟半刚性连接效应。使用包括几何、材料和连接非线性的数值算例来检验文中方法和所编计算机程序的可行性、有效性与精确度。算例表明，利用该程序，每个构件只需一个单元即可准确预测三维结构的极限荷载与失稳模态，可提高结构非线性空间性能的分析效率。该程序可用于三维结构的多重非线性全过程分析，为建立高层钢结构的高等分析方法奠定了基础。     

基于生成式对抗网络和改进区域建议网络的输电线路杆塔缺陷检测方法

为了减少输电线路杆塔缺陷检测过程中受噪声信号和装置性能等因素的干扰,提高输电线路杆塔缺陷检测的正确率和检测效率。提出一种基于生成式对抗网络(Generative Adversarial Networks, GAN)和改进区域建议网络(Region Proposal Network,RPN)的输电线路杆塔缺陷检测方法。采用GAN采集输电线路杆塔的显著性图像,并利用半软阈值函数模型剔除图像中的噪声,避免噪声对缺陷检测过程产生影响。通过随机森林决策树提取输电线路杆塔图像的轮廓特征,基于多尺度算法对RPN进行改进,将特征输入到改进RPN模型中,通过缺陷的定位、分割完成输电线路杆塔的缺陷检测。试验结果表明,所提方法的输电线路杆塔缺陷检测正确率较高,具有较好的缺陷检测效果和检测效率,从而有利于提高输电线路杆塔缺陷检测的质量,减少电力事故的出现。     

近代木结构柱-梁节点转动刚度及木材弹性模量的检测方法

以新泰仓库木柱-木梁结构为原型进行木构架缩尺试验, 研究木柱-木梁结构的受力性能和变形特征. 试验结果表明, 木柱-木梁节点具有明显的半刚性连接特征, 节点刚度随荷载的变化而变化. 通过量测木梁跨中竖向位移、木柱中部侧向位移, 并结合计算分析, 相对准确地确定了木材弹性模量的上、下限值和平均值. 本方法通过对木结构做现场检测试验即可求得柱-梁节点的转动刚度和木材弹性模量, 对历史保护建筑的检测鉴定与加固设计具有一定的参考意义.     

组合楼板对装配式钢框架节点抗震性能的影响

为了解决装配式钢框架中节点区域构造复杂和传力机制不明的问题,提出一种考虑组合楼板作用的端板螺栓连接节点。设计并制作了2组端板连接的装配式梁柱节点,进行了低周往复循环荷载试验,建立了节点试件的数值模型,分析组合楼板对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力、半刚性性能、受力特征的影响作用。结果表明,端板连接节点主要破坏模式为端板的弯曲变形,组合楼板的加入会使滞回曲线产生一定的捏拢现象,同时会产生组合楼板开裂破坏现象;增加组合楼板后,端板连接节点的初始转动刚度、极限承载力、耗能能力分别增加了约22%,13%,22%;组合楼板和钢梁上翼缘共同作用时,荷载通过组合楼板传递至柱腹板;与闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点相比,采用开口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点初始转动刚度和极限承载力分别提高13%和9%。组合楼板能有效提高端板连接节点的抗震性能,扩大节点核心区的传力范围,增强梁柱传力机制,可为进一步提高装配式节点性能提供参考。     

半刚接钢框架系统强度可靠性对随机变量的敏感性分析

将梯度优化法与有限元法相结合,研究了结构失效模式可靠度对随机变量的敏感性,并用PNET法分析了结构系统强度可靠度对随机变量的敏感性.通过算例,分析刚接和半刚接钢框架系统强度可靠度对多个随机变量的敏感性,结果表明:结构系统强度可靠度对梁柱截面抗弯弯矩和部分荷载的均值和变异系数敏感性显著,对梁长和柱高的变异系数敏感性较小;半刚接结构的强度可靠度对半刚性连接极限弯矩的均值和变异系数较为敏感,特别当其变异系数较大时,结构的系统可靠度对其取值尤为敏感.     

半刚性组合节点物理非线性分析

应用有限元程序ANSYS分析了静力荷载作用下钢-混凝土半刚性组合节点的荷载和变形非线性性能．有限元分析结果与节点试验结果的比较表明,所介绍的有限元简化模型具有较高的精确度,是进行钢-混凝土组合节点的设计及进一步研究的一个有用工具．