鋼管輸電塔法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷診斷的研究.pdf

1、輸電塔、桅桿和電視塔等結(jié)構(gòu),是一類與人類生命線直接相關(guān)的建筑結(jié)構(gòu)型式,它被廣泛地應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的各個(gè)行業(yè)。由于它具有高和柔的特點(diǎn),因此一般對(duì)風(fēng)的作用比較敏感。在強(qiáng)風(fēng)的長期作用下較易引起結(jié)構(gòu)的損傷,甚至最終導(dǎo)致塔桅鋼結(jié)構(gòu)的倒塌。如我國每年都有十余座輸電塔會(huì)在臺(tái)風(fēng)或大風(fēng)雨中倒塌,特別是2008年我國南方地區(qū)雪災(zāi)帶來的輸電線塔倒塌事故最為嚴(yán)重。在此類結(jié)構(gòu)中,最易發(fā)生的結(jié)構(gòu)損傷之一是法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落的損傷。由于它不易為人們所察覺,且螺栓

2、脫落嚴(yán)重時(shí)會(huì)大大地降低結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力,因此研究它的損傷診斷方法對(duì)于保證塔架鋼結(jié)構(gòu)的安全就更為必要。
　　本文提出了一種優(yōu)化等效的方法,即以反映結(jié)構(gòu)整體特性的精細(xì)化有限元模型與等效簡化模型兩者間的剛度矩陣誤差最小為等效原則,在把螺栓脫落損傷等效為法蘭聯(lián)結(jié)處桿端截面抗彎剛度下降的基礎(chǔ)上,通過基于共軛梯度法的優(yōu)化等效方法,建立了節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)螺栓脫落損傷的等效模型,為高聳塔架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷診斷系統(tǒng)的模型建立提供了依據(jù)。在此基礎(chǔ)上,本文建

3、立了具有法蘭螺栓聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)的大型輸電線塔體系精細(xì)化有限元模型,并進(jìn)行了風(fēng)荷載作用下導(dǎo)線幾何非線性對(duì)塔結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響分析。
　　本文進(jìn)行了法蘭節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷對(duì)輸電塔結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的敏感性分析,明確了應(yīng)變模態(tài)作為損傷判別指標(biāo)的可行性,并從工程測試的角度出發(fā),提出了基于人工激勵(lì)的應(yīng)變模態(tài)獲取方式,借助于數(shù)值仿真和模型試驗(yàn)的方法,進(jìn)行了驗(yàn)證;同時(shí),探討了風(fēng)致節(jié)點(diǎn)豎向應(yīng)變響應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方差作為輸電塔螺栓脫落損傷指標(biāo)的可行性。本文提出了基于應(yīng)變模態(tài)

4、的輸電塔法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷位置與程度的改進(jìn)模糊模式識(shí)別方法,開展了某實(shí)際輸電塔架結(jié)構(gòu)塔身豎桿的法蘭節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷診斷的數(shù)值仿真分析,通過距離貼近度與相似貼近度的雙重識(shí)別可以達(dá)到對(duì)輸電塔架結(jié)構(gòu)螺栓脫落損傷的位置和程度的準(zhǔn)確診斷,認(rèn)證了該方法的有效性。
　　本文提出了基于應(yīng)變模態(tài)的輸電塔法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷的智能診斷方法。首先,構(gòu)建了輸電塔架結(jié)構(gòu)法蘭節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷的二步診斷法:第一步,由基于應(yīng)變模態(tài)的第一層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域

5、初診;第二步,采用改進(jìn)遺傳算法的損傷桿件具體位置與程度的確診;通過某塔架結(jié)構(gòu)法蘭節(jié)點(diǎn)螺栓的實(shí)例仿真分析,對(duì)二步法的有效型進(jìn)行了驗(yàn)證。其次,從概率角度出發(fā),推導(dǎo)了噪聲環(huán)境下目標(biāo)函數(shù)中噪聲的統(tǒng)計(jì)特性,通過剔除噪聲對(duì)遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行了有效的修正,該修正后的遺傳算法成功應(yīng)用于輸電塔法蘭節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷的診斷分析中;仿真結(jié)果表明,該方法能有效提高遺傳算法在噪聲環(huán)境下的收斂性能,能對(duì)結(jié)構(gòu)損傷進(jìn)行正確診斷和評(píng)估。
　　本文開展了基于結(jié)構(gòu)風(fēng)

6、振響應(yīng)的輸電塔法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷位置診斷的研究。首先分析了輸電塔結(jié)構(gòu)塔身豎桿法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)風(fēng)致響應(yīng)的特點(diǎn),并推導(dǎo)了結(jié)構(gòu)塔身豎桿節(jié)點(diǎn)風(fēng)致豎向應(yīng)變響應(yīng)方差的歸一化公式,明確了節(jié)點(diǎn)風(fēng)致響應(yīng)歸一化的統(tǒng)計(jì)方差只與結(jié)構(gòu)的損傷程度有關(guān),與外加的風(fēng)荷載無關(guān)的特點(diǎn),然后提出了基于結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)的輸電塔塔身法蘭聯(lián)結(jié)節(jié)點(diǎn)螺栓脫落損傷位置診斷的小波分析方法,最后通過一實(shí)際輸電塔法蘭螺栓脫落損傷的仿真分析表明,驗(yàn)證了本文提出方法的有效性。為了驗(yàn)證損傷診斷理論的