腐蝕環(huán)境和風(fēng)振疲勞耦合作用下輸電塔線體系疲勞性能研究.pdf

1、輸電塔線體系作為復(fù)雜的生命線工程系統(tǒng)，投資巨大、影響深遠(yuǎn)，屬于重要的生命線工程。然而，輸電塔線體系同時(shí)具有高聳結(jié)構(gòu)和大跨度結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)，對(duì)風(fēng)荷載作用響應(yīng)十分敏感。整個(gè)服役期間由于長(zhǎng)期處于環(huán)境腐蝕和風(fēng)致振動(dòng)作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生疲勞損傷累積，致使體系的抗力和性能逐步退化，從而降低結(jié)構(gòu)抵抗極端環(huán)境作用的能力，導(dǎo)致事故的發(fā)生。本文在理論推導(dǎo)和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)環(huán)境腐蝕和風(fēng)振疲勞耦合作用下輸電塔線體系的疲勞性能展開(kāi)研究，主要包括以下幾方面內(nèi)容：

2、
　　1）基于試驗(yàn)結(jié)果研究腐蝕對(duì)Q345等邊角鋼材料力學(xué)性能的影響規(guī)律，建立材料力學(xué)性能參數(shù)退化模型。首先基于重慶地區(qū)降雨時(shí)間及其分布特點(diǎn)建立混合分布模型和酸雨腐蝕模型，再通過(guò)該腐蝕模型研究 Q345鋼材的腐蝕速率隨酸雨P(guān)H值、腐蝕方式和腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律；根據(jù)彈性模量、極限強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等力學(xué)參數(shù)隨腐蝕時(shí)間、腐蝕方式和PH值的退化情況，給出相應(yīng)的退化模型。
　　2）基于試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)改進(jìn)后的單點(diǎn)-似然法，建立Q345等邊角鋼純

3、疲勞和不同腐蝕時(shí)間的腐蝕疲勞S-N曲線模型?；谙嚓P(guān)系數(shù)優(yōu)化法對(duì)單點(diǎn)-似然法進(jìn)行改進(jìn)，提出確定疲勞 S-N曲線表達(dá)式參數(shù)的改進(jìn)回歸分析方法，構(gòu)造與之對(duì)應(yīng)的實(shí)現(xiàn)算法；根據(jù)不同腐蝕時(shí)間作用下Q345等邊角鋼構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)結(jié)果，分析腐蝕時(shí)間對(duì)構(gòu)件腐蝕狀態(tài)和疲勞破壞模式的影響情況；由構(gòu)件疲勞壽命隨腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律，建立構(gòu)件P-S-N和γ-P-S-N曲線模型；根據(jù)曲線模型中各參數(shù)隨腐蝕時(shí)間的變化規(guī)律，建立Q345等邊角鋼構(gòu)件的t-P-S-N曲面

4、模型，并采用該模型探討不同腐蝕時(shí)間內(nèi)Q345等邊角鋼構(gòu)件疲勞壽命的變化規(guī)律。
　　3）基于試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)改進(jìn)后的單點(diǎn)-成組法，建立不同腐蝕方式作用下 Q345等邊角鋼的腐蝕疲勞S-N曲線模型。對(duì)單點(diǎn)-成組法進(jìn)行改進(jìn)的基礎(chǔ)上，提出S-N曲線表達(dá)式參數(shù)回歸分析方法及其實(shí)現(xiàn)算法；根據(jù)不同腐蝕方式用下Q345等邊角鋼構(gòu)件的疲勞試驗(yàn)結(jié)果，觀察各腐蝕方式中構(gòu)件的腐蝕狀態(tài)和疲勞破壞模式；分析各腐蝕方式中構(gòu)件疲勞壽命的變化規(guī)律，建立相應(yīng)的構(gòu)件P-S

5、-N和γ-P-S-N曲線模型；結(jié)合理論推導(dǎo)及參數(shù)分析建立各腐蝕方式作用下 Q345等邊角鋼構(gòu)件的P-S-N曲面模型，然后，采用該模型探討不同可靠度條件下腐蝕方式對(duì)Q345等邊角鋼構(gòu)件疲勞壽命的影響規(guī)律。
　　4）通過(guò)腐蝕、疲勞以及腐蝕和疲勞耦合作用下 Q345等邊角鋼構(gòu)件在低周往復(fù)加載作用下的試驗(yàn)結(jié)果，建立腐蝕和疲勞耦合作用下構(gòu)件各力學(xué)性能參數(shù)的退化模型。首先采用腐蝕、疲勞以及腐蝕和疲勞耦合作用對(duì)試件進(jìn)行預(yù)損傷處理，然后，再對(duì)各試

6、件進(jìn)行低周往復(fù)加載試驗(yàn)，通過(guò)與無(wú)損傷試件的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，觀察構(gòu)件承載力、剛度、延性耗能和滯回性能等在不同損傷工況下的變化規(guī)律，并建立相應(yīng)的退化模型；最后，將腐蝕和疲勞損傷作用下力學(xué)性能參數(shù)的退化模型相結(jié)合建立聯(lián)合模型，再根據(jù)耦合作用下試驗(yàn)結(jié)果的實(shí)際變化規(guī)律確定聯(lián)合模型中的耦合參數(shù)值，從而建立構(gòu)件各力學(xué)性能參數(shù)在不同耦合作用下的退化模型。
　　5）基于試驗(yàn)結(jié)果建立的構(gòu)件疲勞S-N曲線模型和性能退化模型，對(duì)輸電塔線體系的疲勞性

7、能以及結(jié)構(gòu)性能退化情況進(jìn)行確定性研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立的Q345等邊角鋼構(gòu)件S-N曲線模型分析腐蝕方式和腐蝕時(shí)間對(duì)輸電塔體結(jié)構(gòu)疲勞損傷和疲勞壽命的影響規(guī)律；同時(shí)，由不同腐蝕工況下的材性參數(shù)建立塔線體系并進(jìn)行時(shí)程分析，再由材料疲勞 S-N曲線模型分析各工況下塔體構(gòu)件疲勞性能的變化規(guī)律；根據(jù)兩種方法的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析材料疲勞模型和構(gòu)件疲勞模型在輸電塔線體系風(fēng)振疲勞中的差異；通過(guò)腐蝕、疲勞以及腐蝕和疲勞耦合作用下構(gòu)件性能退化模型分析了輸電塔線

8、體系在不同損傷情況下抵抗外荷載能力的退化情況。
　　6）基于構(gòu)件S-N曲線模型和建議自適應(yīng)響應(yīng)面法對(duì)輸電塔線體系進(jìn)行了風(fēng)振疲勞隨機(jī)性分析。首先，基于乘法定理以重慶市日極值風(fēng)向風(fēng)速氣象數(shù)據(jù)，建立了風(fēng)速條件概率密度的混合模型和風(fēng)向角的概率密度函數(shù)模型，將兩者相結(jié)合建立了風(fēng)向風(fēng)速的離散-連續(xù)混合聯(lián)合分布模型；然后，根據(jù)構(gòu)件腐蝕疲勞S-N曲線模型，對(duì)不同腐蝕方式和不同腐蝕時(shí)間作用下輸電塔線體系的疲勞性能進(jìn)行研究；同時(shí)，通過(guò)嚴(yán)格的數(shù)學(xué)推導(dǎo)給