一种锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估方法、装置及存储介质与流程

本发明涉及一种锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估方法、装置及存储介质，属于输电铁塔构件安全性能评估。

背景技术：

1、角钢是输电铁塔最常用的构件，整个铁塔几乎都由不同规格的角钢构成，而钢材作为金属材料，极易发生锈蚀，锈蚀导致角钢截面削弱乃至锈穿、锈断等严重问题，会使角钢的材料性能和极限强度降低，进而导致输电铁塔的整体承载能力下降，对铁塔整体结构的安全性造成了严重影响。

2、目前，对于输电铁塔中发生锈蚀的角钢构件，常用的处理方式是进行加固、更换或者经除锈防腐处理后继续使用，没有系统且明确的评定方法，主要依靠检修人员的经验判断，主观性较强；仅进行简单的表面防腐处理可能会存在严重的安全隐患，而盲目提高检修标准，频繁加固和更换构件又会浪费大量资源、大幅提高输电线路的运维成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估方法、装置及存储介质，实现对输电铁塔构件的系统的安全性能评估。

2、为实现以上目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

3、第一方面，本发明提供了一种锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估方法，包括：

4、获取输电铁塔中构件的力学性能查询表和现场运维检查表；

5、将力学性能查询表和现场运维检查表进行比对得到构件的折减刚度；

6、将折减刚度导入到构建好的输电铁塔有限元模型中，得到构件的力学响应；

7、将力学响应和力学性能查询表中的对应数据进行比对判断构件是否处于安全水平。

8、进一步的，所述力学性能查询表通过以下方法得到：

9、获取构件在四种锈蚀类型和不同锈蚀程度下的构件模型及其表征参数；

10、通过将不同构件模型图及其表征参数进行组合后赋予边界条件得到构件的不同工况；

11、利用有限元方法对构件的工况进行模拟分析，得到数值模拟结果；

12、基于所述数值模拟结果计算得到构件不同工况对应的性能折减数据；

13、将构件模型在不同工况下的同一种力学性能作为自变量，对应的性能折减数据作为因变量，绘制力学性能查询表。

14、进一步的，所述基于所述数值模拟结果计算得到构件不同工况对应的性能折减数据，通过以下公式进行：

15、对于边界条件为一端固接一端自由、自由端受轴向拉力的构件模型，采用以下公式计算剩余拉压刚度和相对剩余拉压刚度：

16、；

17、其中，为剩余拉压刚度，为构件模型的等效截面面积，为拉伸时构件模型的自由端位移， f为施加在构件模型上的轴向拉力， l为构件模型的原长；

18、；

19、其中， r t为相对剩余拉压刚度， ea为锈蚀前拉压刚度；

20、对于边界条件为一端固接一端自由、自由端受弯矩的构件模型，采用以下公式计算剩余弯曲刚度和相对剩余弯曲刚度：

21、；

22、其中，为剩余弯曲刚度，为锈蚀后构件模型的等效截面惯性矩，为锈蚀后构件模型的自由端挠度， m为施加在构件模型端部的弯矩；

23、；

24、其中， r b为相对剩余弯曲刚度， ei为锈蚀前弯曲刚度；

25、对于边界条件为一端固接一端自由、自由端受轴向拉力的构件模型，获取其最大应力，对于边界条件为一端固接一端自由、自由端受相同轴向拉力的构件模型，获取其最大应力，然后采用以下公式计算拉伸状态下的相对剩余强度：

26、；

27、其中， r s为相对剩余强度， k为名义应力集中系数；

28、对于边界条件为一端固接一端自由、自由端受弯矩的构件模型，获取其最大应力，对于边界条件为一端固接一端自由、自由端受相同弯矩的构件模型，获取其最大应力，然后采用以下公式计算弯曲状态下的相对剩余强度：

29、；

30、对于边界条件为两端固接、受轴向压力的构件模型，采用以下公式计算相对剩余失稳压力：

31、；

32、其中， r bu为相对剩余失稳压力，为锈蚀前构件模型的失稳荷载，为锈蚀后构件模型的失稳荷载。

33、进一步的，所述现场运维检查表包括以下信息：

34、镀锌层厚度检查项目对应的构件类型、位置和锈损程度；

35、锈蚀所致厚度减薄检查项目对应的构件类型、位置和锈损减薄厚度；

36、锈蚀所致边缘侵蚀检查项目对应的构件类型、位置和侵蚀长度；

37、锈蚀所致贯穿性孔洞检查项目对应的构件类型、位置、尺寸和图像；

38、锈蚀所致截面损伤或不规则变化情形检查项目对应的构件类型、位置和图像。

39、进一步的，所述将折减刚度导入到构建好的输电铁塔有限元模型中，得到构件的力学响应，包括：

40、将折减刚度导入到构建好的输电铁塔有限元模型中；

41、对输电铁塔有限元模型施加边界条件；

42、通过有限元方法求解输电铁塔中构件的力学响应。

43、进一步的，所述折减刚度包括拉压刚度折减数据和弯曲刚度折减数据；所述拉压刚度折减数据包括剩余拉压刚度和相对剩余拉压刚度，所述弯曲刚度折减数据包括剩余弯曲刚度和相对剩余弯曲刚度。

44、进一步的，所述将力学响应和力学性能查询表中的对应数据进行比对判断构件是否处于安全水平，包括：

45、若轴力小于剩余失稳压力，且最大应力小于拉压状态下剩余强度和弯曲状态下剩余强度两者中的较小值，则该构件处于安全水平。

46、第二方面，本发明提供了一种锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估装置，包括：

47、数据获取模块，被配置为：获取输电铁塔中构件的力学性能查询表和现场运维检查表；

48、折减刚度获取模块，被配置为：将力学性能查询表和现场运维检查表进行比对得到构件的折减刚度；

49、力学响应获取模块，被配置为：将折减刚度导入到构建好的输电铁塔有限元模型中，得到构件的力学响应；

50、安全性能评估模块，被配置为：将力学响应和力学性能查询表中的对应数据进行比对判断构件是否处于安全水平。

51、进一步的，所述安全性能评估模块，具体用于：

52、若轴力小于剩余失稳压力，且最大应力小于拉压状态下剩余强度和弯曲状态下剩余强度两者中的较小值，则该构件处于安全水平。

53、第三方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时，实现第一方面中任一项所述的锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估方法的步骤。

54、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

55、本发明提供的一种锈蚀状态下输电铁塔构件安全性能评估方法、装置及存储介质，结合现场观测、数值模拟分析、数据分析，实现了对锈蚀状态下输电铁塔服役期间构件的安全性能的系统化评估，对输电铁塔构件的高效检修和输电线路的科学运维都具有重要意义。