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基于模态参数识别的高耸结构五点等效风荷载识别技术

何艾狄  
【摘要】:输电塔作为重要生命线工程的电力设施,一旦遭受破坏,将会导致供电系统的瘫痪,直接影响到国家的生产建设和人们的正常生活,并且其产生的许多次生灾害(例如火灾等)会严重威胁人民的生命财产安全,导致国家巨大的经济损失。因此,从提高抵抗自然灾害能力的角度出发,对输电塔展开研究是具有重大工程应用价值和科学意义的课题。由于高柔特性,输电塔结构对水平荷载非常敏感,其破坏主要集中于风灾的发生。在风荷载作用下,输电塔结构容易产生剧烈震荡导致构件断裂或留下残余变形,甚至出现极端条件下的整体倒塌破坏,另外,在长期风荷载作用下,输电塔结构的某些部位出现疲劳损伤而发生强度破坏或失稳破坏。实际工程中,可通过有限的测点实时监测输电塔结构的风致响应,但有限测点的风致响应并不能完全估计出整个输电塔结构的损伤状况。因此,根据有限测点的风致响应利用合适的荷载识别方法反演得到作用在结构上的等效风荷载,再利用识别得到的等效风荷载来计算输电塔结构各个构件的响应,这样,即可分析判断出输电塔结构损伤部位并进行修复,有效地评估其疲劳剩余寿命,确保输电塔结构正常的工作状态。 本文首先通过有限元分析软件ANSYS建立输电塔结构有限元模型,施加利用线性滤波法模拟得到的风荷载,然后对输电塔结构进行动力分析,分析时忽略结构的几何非线性,认为是线性动力系统,分析过程中要注意荷载步长及荷载子步步长的设置。本文主要研究输电塔结构的顺风向风振响应,为后文的模态识别和荷载识别提供必不可少的条件。 本文基于结构模态参数的时域识别法,先利用随机减量法从输电塔结构顺风向风振响应中提取自由衰减响应信号,再把自由衰减响应信号作为输入,利用ITD法识别得到输电塔结构的振型矩阵。另外,通过有限元分析软件ANSYS提取输电塔结构有限元模型的物理矩阵,包括质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵。只有获得与实际结构相符的振型矩阵和物理矩阵,才能通过后文的荷载识别方法得到等效风荷载。 本文基于上文中所得到的振型矩阵和物理矩阵,求解出五点等效荷载识别方程的识别系数,然后利用五点等效荷载识别法反演得到作用在输电塔结构上的等效风荷载,从而为以后的研究工作提供条件。


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