本發(fā)明涉及輸電鐵塔技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于電力供應(yīng)需求不斷增長(zhǎng)，大容量、高電壓等級(jí)輸電線路迅速發(fā)展，再加上近年來(lái)風(fēng)能源的開(kāi)發(fā)利用，大量風(fēng)電站接踵建立。很多區(qū)域目前都在大力發(fā)展輸電塔建設(shè)，尤其是在一些極端天氣地區(qū)，比如高寒地區(qū)和常年大風(fēng)肆虐區(qū)域，由于環(huán)境特殊，對(duì)輸電塔的安全性提出了更高的要求。

近年來(lái)，雖然鮮有因?yàn)轱L(fēng)荷載導(dǎo)致的輸電塔疲勞破壞，但隨著輸電塔在一些大風(fēng)和低溫區(qū)域建設(shè)的需求，這些區(qū)域的溫度可以達(dá)到-30℃及以下，傳統(tǒng)輸電塔的設(shè)計(jì)常常側(cè)重于強(qiáng)度控制，即主要要求結(jié)構(gòu)能夠抵御一次性強(qiáng)風(fēng)、地震、覆冰等災(zāi)害，很少考慮輸電塔的低溫疲勞。眾多研究表：風(fēng)荷載作用下輸電塔構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的疲勞損傷也是致使輸電塔倒塌或損壞的主要形式之一，因?yàn)槠趯?dǎo)致的破壞可能會(huì)先于強(qiáng)度破壞，而在寒冷地區(qū)考慮低溫疲勞的影響，并預(yù)測(cè)寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命，將成為行業(yè)趨勢(shì)。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在鋼材疲勞性能研究方面取得了一定成果，但關(guān)于輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)的研究開(kāi)展較少，尤其是寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法還未曾涉及。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，該預(yù)測(cè)方法具有重要的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，采用該預(yù)測(cè)方法對(duì)寒冷地區(qū)輸電鐵塔的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，可確保寒冷地區(qū)輸電鐵塔的輸電線路安全、經(jīng)濟(jì)、合理。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

1)隨機(jī)風(fēng)荷載譜的確定：對(duì)寒冷地區(qū)的平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和模擬，得到該寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速分布圖和脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程曲線，然后，將平均風(fēng)速分布圖上各點(diǎn)的平均風(fēng)速加到脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程曲線上，即可得到各點(diǎn)所承受的瞬時(shí)風(fēng)速，并將瞬時(shí)風(fēng)速轉(zhuǎn)化為風(fēng)荷載，得到風(fēng)荷載時(shí)程，各點(diǎn)的風(fēng)荷載加載于輸電鐵塔，作為外部輸入條件。

2)輸電鐵塔疲勞危險(xiǎn)部位的確定：利用步驟1)得到的風(fēng)荷載時(shí)程對(duì)輸電鐵塔進(jìn)行有限元分析，然后根據(jù)輸電鐵塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合有限元分析結(jié)果，確定輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的疲勞危險(xiǎn)部位；

3)輸電鐵塔風(fēng)振作用下的動(dòng)力分析：將步驟1)得出的風(fēng)荷載時(shí)程加到輸電鐵塔的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行時(shí)程計(jì)算，然后，對(duì)步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位進(jìn)行應(yīng)力分析得到其應(yīng)力譜，并提取不同風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力時(shí)程曲線和應(yīng)力幅水平；

4)雨流計(jì)數(shù)法分析：根據(jù)步驟3)中不同風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力時(shí)程曲線，利用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位的應(yīng)力幅和各個(gè)應(yīng)力幅出現(xiàn)的次數(shù)；

5)低溫下s-n曲線的確定：根據(jù)步驟4)得到的步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位的應(yīng)力幅，通過(guò)等應(yīng)力幅試驗(yàn)獲得步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位在低溫下的s-n曲線；

6)低溫疲勞壽命的確定：應(yīng)用miner線性累積損傷理論并根據(jù)步驟5)中s-n曲線上疲勞危險(xiǎn)部位在低溫下破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)和步驟4)中疲勞危險(xiǎn)部位的各個(gè)應(yīng)力幅出現(xiàn)的次數(shù)，得到步驟3)中不同風(fēng)荷載下的應(yīng)力幅水平所產(chǎn)生的損傷率，并對(duì)該損傷率進(jìn)行累積，當(dāng)累積損傷率達(dá)到1時(shí)，疲勞危險(xiǎn)部位失效，然后，根據(jù)疲勞危險(xiǎn)部位的全年累積損傷率即可獲得疲勞危險(xiǎn)部位的低溫疲勞壽命。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中平均風(fēng)的統(tǒng)計(jì)由氣象測(cè)站測(cè)量所得。

進(jìn)一步地，所述步驟1)中脈動(dòng)風(fēng)的模擬采用改進(jìn)的iwatani線性回歸濾波器法。

進(jìn)一步地，所述步驟2)中的疲勞危險(xiǎn)部位為危險(xiǎn)受拉構(gòu)件和焊縫。

進(jìn)一步地，所述步驟4)中雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)的過(guò)程包括：數(shù)據(jù)壓縮處理、循環(huán)數(shù)據(jù)提取和雨流計(jì)數(shù)法程序編寫；

所述數(shù)據(jù)壓縮處理包括等間隔采樣、偽讀數(shù)的排除、峰谷值檢測(cè)和無(wú)效幅值去除；

所述循環(huán)數(shù)據(jù)提取是根據(jù)偏態(tài)波形分一次雨流計(jì)數(shù)、對(duì)接和二次雨流計(jì)數(shù)完成；

所述雨流計(jì)數(shù)法程序編寫采用matlab軟件進(jìn)行編寫，其包括八個(gè)子程序和一個(gè)調(diào)用程序。

進(jìn)一步地，所述步驟5)中等應(yīng)力幅試驗(yàn)由mts電液伺服試驗(yàn)機(jī)與低溫試驗(yàn)箱協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)，且等應(yīng)力幅試驗(yàn)采用的板件材質(zhì)和焊件材質(zhì)均為q420b或q420c，等應(yīng)力幅試驗(yàn)中板件和焊件所處的低溫溫度為0～-30℃

進(jìn)一步地，所述步驟5)中s-n曲線通過(guò)冪函數(shù)公式表達(dá)，所述冪函數(shù)公式為：s^mn＝c，其中，s為應(yīng)力幅，n為試件破壞時(shí)循環(huán)次數(shù)。

進(jìn)一步地，當(dāng)所述板件材質(zhì)為q420b，溫度為-15℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為3.064，c為3.995×10¹³；

當(dāng)所述板件材質(zhì)為q420b，溫度為-30℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為3.136，c為6.611×10¹³；

當(dāng)所述板件材質(zhì)為q420c，溫度為-15℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為3.523，c為7.117×10¹⁴；

當(dāng)所述板件材質(zhì)為q420c，溫度為-30℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為2.634，c為3.388×10¹²；

當(dāng)所述焊件材質(zhì)為q420b，溫度為-15℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為3.317，c為4.356×10¹²；

當(dāng)所述焊件材質(zhì)為q420b，溫度為-30℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為2.908，c為6.272×10¹¹；

當(dāng)所述焊件材質(zhì)為q420c，溫度為-15℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為3.916，c為4.845×10¹³；

當(dāng)所述焊件材質(zhì)為q420c，溫度為-30℃時(shí)，所述冪函數(shù)公式中m為4.124，c為1.477×10¹⁴。

本發(fā)明具有以下有益效果：

1、本發(fā)明可為輸電鐵塔設(shè)計(jì)提供參考，為今后輸電線路工程特別是寒冷地區(qū)的輸電鐵塔設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，輸電線路工程的壽命設(shè)計(jì)特別是寒冷地區(qū)的輸電鐵塔壽命設(shè)計(jì)只考慮強(qiáng)度影響，對(duì)低溫疲勞破壞的計(jì)算還未涉及，本發(fā)明能很好的解決寒冷地區(qū)輸電鐵塔的壽命設(shè)計(jì)。

3、本發(fā)明方法簡(jiǎn)便易行，并能同時(shí)考慮不同溫度條件和不同大風(fēng)的情況，具有廣泛推廣價(jià)值。

4、本發(fā)明通過(guò)等應(yīng)力幅試驗(yàn)得出寒冷地區(qū)輸電鐵塔q420鋼材板件與焊件疲勞特性曲線及相關(guān)參數(shù)，可彌補(bǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的不足，且為寒冷地區(qū)輸電線路的安全、經(jīng)濟(jì)、設(shè)計(jì)合理性提供了保障。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法流程示意圖；

圖2為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法中輸電鐵塔所在區(qū)域2006年10m高10min平均風(fēng)速分布圖；

圖3為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法圖2中10m高10min平均風(fēng)速為28m/s的瞬時(shí)風(fēng)速功率譜密度圖，其中，圖3(a)為塔頂，圖3(b)為塔身，圖3(c)為塔底；

圖4為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法中輸電鐵塔的構(gòu)件單元選取圖；

圖5為本發(fā)明圖4中673號(hào)構(gòu)件單元的10m高10min平均風(fēng)速為28m/s時(shí)的應(yīng)力時(shí)程曲線圖；

圖6為本發(fā)明圖4中673號(hào)構(gòu)件單元的10m高10min平均風(fēng)速為28m/s時(shí)的雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)圖；

圖7為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法中不同低溫溫度下輸電鐵塔q420b鋼材板件疲勞特性曲線(保證率50％)，其中，圖7(a)為冪函數(shù)坐標(biāo)系，圖7(b)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)系；

圖8為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法中不同低溫溫度下輸電鐵塔q420c鋼材板件疲勞特性曲線(保證率50％)，其中，圖8(a)為冪函數(shù)坐標(biāo)系，圖8(b)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)系；

圖9為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法中不同低溫溫度下輸電鐵塔q420b鋼材焊件疲勞特性曲線(保證率50％)，其中，圖9(a)為冪函數(shù)坐標(biāo)系，圖9(b)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)系；

圖10為本發(fā)明寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法中不同低溫溫度下輸電鐵塔q420c鋼材焊件疲勞特性曲線(保證率50％)，其中，圖10(a)為冪函數(shù)坐標(biāo)系，圖10(b)為對(duì)數(shù)坐標(biāo)系。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。本實(shí)施例為新疆某地區(qū)750kv線路工程，設(shè)計(jì)風(fēng)速31m/s(10m高50年一遇10min平均最大值)，覆冰5mm，極端最低氣溫-30.0℃。

如圖1所示，寒冷地區(qū)輸電鐵塔疲勞壽命預(yù)測(cè)方法的步驟為：隨機(jī)風(fēng)荷載譜的確定→輸電鐵塔疲勞危險(xiǎn)部位的確定→輸電鐵塔風(fēng)振作用下的動(dòng)力分析→雨流計(jì)數(shù)法分析→低溫下s-n曲線的確定→低溫疲勞壽命的確定，其具體過(guò)程如下：

1)隨機(jī)風(fēng)荷載譜的確定：對(duì)寒冷地區(qū)的平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和模擬，得到該寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速分布圖和脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程曲線，然后，將平均風(fēng)速分布圖上各點(diǎn)的平均風(fēng)速加到脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程曲線上，即可得到空間各點(diǎn)的瞬時(shí)風(fēng)速，并將瞬時(shí)風(fēng)速轉(zhuǎn)化為風(fēng)荷載，得到風(fēng)荷載時(shí)程，各點(diǎn)的風(fēng)荷載加載于輸電鐵塔，作為外部輸入條件；

其中，(1)寒冷地區(qū)平均風(fēng)的統(tǒng)計(jì)由氣象測(cè)站測(cè)量所得，其為寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速本實(shí)施例新疆某地區(qū)750kv線路工程的10m高10min平均風(fēng)速分布圖如圖2所示；

(2)寒冷地區(qū)脈動(dòng)風(fēng)的模擬采用改進(jìn)的iwatani線性回歸濾波器法進(jìn)行，寒冷地區(qū)脈動(dòng)風(fēng)速v(t)的求解，包括：

①求回歸系數(shù)

采用ar法推廣到模擬多維風(fēng)速過(guò)程的技術(shù)，m個(gè)相關(guān)風(fēng)的隨機(jī)過(guò)程為：

[u(t)]＝[u1(t),…u^m(t)]^t(1)

式(2)中：[u(t-kδt)]＝[u¹(t-kδt),…,u^m(t-kδt)]^t；

[n(t)]＝[n¹(t),…,n^m(t)]，nⁱ(t)為均值為0、具有給定協(xié)方差的正態(tài)分布隨機(jī)過(guò)程，i＝1，…，m；[ψk]為m×m階矩陣，k＝1，…，p。

對(duì)任意一個(gè)空間點(diǎn)i(i＝1,…,m)具有時(shí)間差的隨機(jī)過(guò)程，式(1)中uⁱ(t)與式(2)中uⁱ(t-kδt)的協(xié)方差可表示為：

由于uⁱ(t)與uⁱ(t-kδt)是均值為0的平穩(wěn)隨機(jī)風(fēng)過(guò)程，其協(xié)方差的值僅為時(shí)間差的函數(shù)，式(3)可改寫為：

式(4)右乘[u(t-kδt)]＝[u(t)]＝[u¹(t-kδt),…u^m(t-kδt)]^t，兩邊同時(shí)取數(shù)學(xué)期望，考慮到[n(t)]的均值為0，且與隨機(jī)過(guò)程uⁱ(t)獨(dú)立，以及協(xié)方差ru(jδt)為偶函數(shù)，可得到協(xié)方差ru(jδt)與回歸系數(shù)[ψk]之間的關(guān)系，寫成矩陣形式，可表示為：

式中，[r]pm×m＝[ru(δt),…,ru(pδt)]^t；

其中，

根據(jù)隨機(jī)振動(dòng)理論，功率譜密度與相關(guān)函數(shù)(協(xié)方差)之間符合維納-辛欽(wiener-khintchine)公式，即：

求解式(5)給出的線性方程組，可以得到回歸系數(shù)矩陣[ψ]。

②求給定方差的隨機(jī)過(guò)程[n(t)]

式(2)右乘[u(t)]＝[u¹(t),…u^m(t)]，可表示為：

求出[rn]后，對(duì)[rn]做cholesky分解[rn]＝[l][l]^t，則給定方差的隨機(jī)過(guò)程[n(t)]＝[l][n(t)](11)

其中，n(t)＝[n1(t),n2(t),…,nm(t)]，ni(t)是均值為0，方差為1且彼此相互獨(dú)立的正態(tài)隨機(jī)過(guò)程，i＝1,…,m。

③求解最終的m個(gè)隨機(jī)過(guò)程

求出回歸系數(shù)矩陣[ψ]及[rn]后，根據(jù)式(2)求解出m個(gè)空間相關(guān)的隨機(jī)風(fēng)過(guò)程，并將式(2)按時(shí)間間隔δt離散化。假設(shè)t＜0時(shí)，uⁱ(t)＝0，則遞推的矩陣表達(dá)式為：

從而得出m個(gè)具有時(shí)間、空間相關(guān)、時(shí)間間隔δt的離散脈動(dòng)風(fēng)速時(shí)程向量，即寒冷地區(qū)脈動(dòng)風(fēng)速v(t)。

(3)寒冷地區(qū)空間各點(diǎn)的瞬時(shí)風(fēng)速v(t)

式(13)中為寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速，v(t)為脈動(dòng)風(fēng)速。

(4)輸電鐵塔所承受的風(fēng)荷載

輸電鐵塔所承受的風(fēng)荷載是靜力風(fēng)和動(dòng)力風(fēng)的共同作用形成的，在本實(shí)施例中為寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速形成的平均風(fēng)荷載和寒冷地區(qū)脈動(dòng)風(fēng)速v(t)的脈動(dòng)風(fēng)荷載的綜合而成的瞬時(shí)風(fēng)荷載。

①寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速形成的平均風(fēng)荷載：

根據(jù)經(jīng)典風(fēng)荷載理論，所述寒冷地區(qū)10m高10min平均風(fēng)速對(duì)結(jié)構(gòu)的平均風(fēng)荷載表達(dá)為：

式(14)中，w0是根據(jù)建筑物所在地區(qū)基本風(fēng)速由計(jì)算所得的基本風(fēng)荷載；μr為重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù)；μs為結(jié)構(gòu)體形系數(shù)；μz為風(fēng)荷載高度變化系數(shù)。

②寒冷地區(qū)脈動(dòng)風(fēng)速v(t)的脈動(dòng)風(fēng)荷載wf：

設(shè)任意高度任意瞬時(shí)風(fēng)荷載為w，并考慮到脈動(dòng)風(fēng)速v(t)(vf)與平均風(fēng)速相比要小得多，可以求得脈動(dòng)風(fēng)荷載wf的方差為：

由零均值的高斯平穩(wěn)過(guò)程的性質(zhì)可知：

并由此可得脈動(dòng)風(fēng)荷載功率譜swf(z，f)與脈動(dòng)風(fēng)速譜sv(f)之間的關(guān)系為：

設(shè)脈動(dòng)風(fēng)荷載wf可分解為位置和時(shí)間的函數(shù)：

wf(z,f)＝wf(z)f(t)(19)

因?yàn)槊}動(dòng)風(fēng)荷載wf是隨機(jī)荷載，所以wf(z)應(yīng)該用統(tǒng)計(jì)值代入，即用均方差σwf(z)代入，且f(t)具有規(guī)格化的功率譜(即)，則脈動(dòng)風(fēng)荷載功率譜swf(z，f)可表達(dá)為：

在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)脈動(dòng)風(fēng)速取為脈動(dòng)風(fēng)荷載均方差σwf與保證系數(shù)μ的乘積(μ＝2.0-2.5)，我國(guó)荷載規(guī)范在μ＝2.2(保證率98.61％)情況下，建議采用：

由此可得結(jié)構(gòu)高度z處脈動(dòng)風(fēng)荷載的均方差為：

根據(jù)強(qiáng)風(fēng)的觀察表明，一次陣風(fēng)作用，在結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面上各點(diǎn)處的風(fēng)速和風(fēng)向并不是完全同步的，有的甚至是幾乎無(wú)關(guān)的。為此，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)上的脈動(dòng)風(fēng)荷載必須考慮其空間相關(guān)性。對(duì)于三維問(wèn)題，相關(guān)函數(shù)一般有如下形式：

式(23)中，cx，cy，cz是衰減系數(shù)，由試驗(yàn)確定。

③寒冷地區(qū)瞬時(shí)風(fēng)速功率譜

結(jié)合上述隨機(jī)過(guò)程模擬的統(tǒng)計(jì)參數(shù)值，根據(jù)davenport提出的如下瞬時(shí)風(fēng)速的通用功率譜表達(dá)式求得瞬時(shí)風(fēng)速功率譜sv(f)：

式(24)中：f為頻率(hz)。

本實(shí)施例新疆某地區(qū)750kv線路工程所處寒冷環(huán)境的10m高10min平均風(fēng)速時(shí)的瞬時(shí)風(fēng)速功率譜密度如圖3所示，對(duì)塔頂、塔身和塔底模擬的瞬時(shí)風(fēng)速功率譜的譜線趨勢(shì)與目標(biāo)譜線是一致的，其譜線的總體均值與目標(biāo)譜也很接近，說(shuō)明本發(fā)明所采用的脈動(dòng)風(fēng)模擬方法和所取參數(shù)是合理的。

④寒冷地區(qū)瞬時(shí)風(fēng)荷載

輸電塔塔身瞬時(shí)風(fēng)荷載f的計(jì)算公式如下：

式(25)中：v為瞬時(shí)風(fēng)速，μs為風(fēng)荷載體形系數(shù)，a為迎風(fēng)面桿件在垂直于風(fēng)向的平面內(nèi)投影面積的總和。

2)輸電鐵塔疲勞危險(xiǎn)部位的確定：利用步驟1)得到的風(fēng)荷載時(shí)程對(duì)輸電鐵塔進(jìn)行有限元分析，然后根據(jù)輸電鐵塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)并結(jié)合有限元分析結(jié)果，確定輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的疲勞危險(xiǎn)部位，其中，疲勞危險(xiǎn)部位確定為危險(xiǎn)受拉構(gòu)件和焊縫，危險(xiǎn)部位的構(gòu)件單元選取如圖4所示，包括61號(hào)構(gòu)件單元、274號(hào)構(gòu)件單元、595號(hào)構(gòu)件單元、611號(hào)構(gòu)件單元、671號(hào)構(gòu)件單元和673號(hào)構(gòu)件單元；

3)輸電鐵塔風(fēng)振作用下的動(dòng)力分析：將步驟1)得出的風(fēng)荷載時(shí)程加到輸電鐵塔的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行時(shí)程計(jì)算，然后，對(duì)步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位進(jìn)行應(yīng)力分析得到其應(yīng)力譜，并提取不同風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力時(shí)程曲線和應(yīng)力幅水平，其中，本實(shí)施例新疆某地區(qū)750kv線路工程所處寒冷環(huán)境的10m高10min平均風(fēng)速時(shí)673號(hào)構(gòu)件單元的應(yīng)力時(shí)程曲線如圖5所示；

4)雨流計(jì)數(shù)法分析：根據(jù)步驟3)中不同風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力時(shí)程曲線，利用雨流計(jì)數(shù)法統(tǒng)計(jì)步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位的應(yīng)力幅和各個(gè)應(yīng)力幅出現(xiàn)的次數(shù)；

其中，采用雨流計(jì)數(shù)法分析的具體步驟為：

(1)數(shù)據(jù)的壓縮處理：包括等間隔采樣、偽讀數(shù)的排除、峰谷值檢測(cè)和無(wú)效幅值去除；

(2)循環(huán)數(shù)據(jù)提?。焊鶕?jù)偏態(tài)波形分一次雨流計(jì)數(shù)、對(duì)接和二次雨流計(jì)數(shù)三個(gè)步驟完成；

(3)利用matlab編寫雨流計(jì)數(shù)法程序，整套程序包括八個(gè)子程序和一個(gè)調(diào)用程序。

本實(shí)施例新疆某地區(qū)750kv線路工程所處寒冷環(huán)境的10m高10min平均風(fēng)速時(shí)673號(hào)構(gòu)件單元的雨流統(tǒng)計(jì)圖如圖6所示。

5)低溫下s-n曲線的確定：根據(jù)步驟4)得到的步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位的應(yīng)力幅，通過(guò)等應(yīng)力幅試驗(yàn)獲得步驟2)中疲勞危險(xiǎn)部位在低溫下的s-n曲線；

其中，等應(yīng)力幅試驗(yàn)由mts電液伺服試驗(yàn)機(jī)與低溫試驗(yàn)箱協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)，其采用mts電液伺服試驗(yàn)機(jī)與低溫試驗(yàn)箱對(duì)試件(板件與焊件)進(jìn)行常溫、0℃、-15℃，-30℃不同溫度條件下的軸向循環(huán)拉伸疲勞試驗(yàn)，由此獲取并繪制出不同溫度下的試件(板件與焊件)疲勞特性曲線，即s-n曲線，所述s-n曲線為通過(guò)等應(yīng)力幅試驗(yàn)得到低溫下試件(板件與焊件)的應(yīng)力幅si和破壞時(shí)循環(huán)次數(shù)ni的關(guān)系曲線，s-n曲線通過(guò)冪函數(shù)公式表達(dá)。

本發(fā)明中試件(板件與焊件)在常溫、0℃、-15℃、-30℃不同溫度條件下的疲勞特性曲線如圖7～10所示，而且本發(fā)明運(yùn)用線性回歸的方法對(duì)疲勞特性曲線中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，然后采用最小二乘法確定回歸系數(shù)，得到的試件(板件與焊件)疲勞性能參數(shù)如表1和表2所示，其中，圖7所選試件為q420b鋼材板件，圖8所選試件為q420c鋼材板件，圖9所選試件為q420b鋼材焊件，圖10所選試件為q420c鋼材焊件，表1中a＝lgc/m，b＝-(1/m)。

表1

表2

6)低溫疲勞壽命的確定：應(yīng)用miner線性累積損傷理論并根據(jù)步驟5)中s-n曲線上疲勞危險(xiǎn)部位在低溫下破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)和步驟4)中疲勞危險(xiǎn)部位的各個(gè)應(yīng)力幅出現(xiàn)的次數(shù)，得到步驟3)中不同風(fēng)荷載下的應(yīng)力幅水平所產(chǎn)生的損傷率，并對(duì)該損傷率進(jìn)行累積，當(dāng)累積損傷率達(dá)到1時(shí)，疲勞危險(xiǎn)部位失效，然后，根據(jù)疲勞危險(xiǎn)部位的全年累積損傷率即可獲得疲勞危險(xiǎn)部位的低溫疲勞壽命。

本實(shí)施例所選構(gòu)件單元的累積損傷率d可表示：

式(26)中，ni為本實(shí)施例所選構(gòu)件單元的各個(gè)應(yīng)力幅出現(xiàn)的次數(shù)，ni為本實(shí)施例所選構(gòu)件單元在低溫下破壞時(shí)的循環(huán)次數(shù)。

本實(shí)施例所選構(gòu)件單元的低溫疲勞壽命t可表示為：

t＝1/dt(27)

式(27)中，dt為全年累積損傷率，其為累積損傷率d的和。

本實(shí)施例新疆某地區(qū)750kv線路工程的輸電塔上所選六個(gè)構(gòu)件單元的規(guī)格以及壽命如表3所示，由表3可知，本實(shí)施例新疆某地區(qū)750kv線路工程的輸電塔的疲勞壽命為62.8年。

表3

本發(fā)明中未作詳細(xì)描述的部分屬于現(xiàn)有技術(shù)。