覆冰和风荷载作用下输电铁塔结构可靠性研究

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安全性历来是工程结构设计中的首要考虑的问题。近年来,特别是2008年冰雪天气造成全国13个省份的输电线路倒塔、断杆69.1万基的严重事故。此后,覆冰下输电铁塔结构安全问题越发引人关注。输电铁塔作为特殊的高耸结构,风荷载也是主要的荷载。因此,本文研究了最大覆冰和最大风工况下,在覆冰和风荷载作用下的输电铁塔结构静力可靠性。基于可靠度设计理论,分析了在覆冰、风荷载作用下铁塔结构的灵敏度和可靠度。并分析了覆冰对铁塔构件刚度的影响。  本文的主要研究工作如下:  (1)系统阐述了结构构件和体系可靠度原理和计算方法。选用映射变换法编制计算结构构件可靠度,窄界限法计算结构体系可靠度。  (2)考虑覆冰的材料特性,分析了覆冰对铁塔构件刚度的影响,重点分析了覆冰对铁塔构件抗弯刚度的影响,提出以并联方式计算覆冰铁塔构件的刚度,对比分析了不同覆冰厚度对铁塔构件刚度的影响。  (3)选用ANSYS中PDS模块对铁塔结构进行灵敏度分析。分析了铁塔整体的最大位移、最大应力和安全裕度对各个影响覆冰、风荷载的主要变量,如覆冰厚度、覆冰密度、垂直档距、风速、水平档距等,以及各个影响铁塔抗力的主要变量,如材料性能和铁塔构件截面特性等的灵敏度。  (4)基于可靠度理论,采用最弱失效模式思想,选用MATLAB编制映射变换法程序计算铁塔结构主要失效模式的可靠度,编制窄界限法程序计算结构体系可靠度。计算了某重冰区线路铁塔结构最大覆冰工况和最大风工况下的可靠度,找出重点失效的部位在横担,其次是下曲臂,并给出研究线路铁塔均安全的评价。
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