一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种评估方法，更具体涉及一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔 承载力评估方法。
【背景技术】：
[0002] 由于地域特点和走廊条件的限制，输电线路往往要经过煤矿采动区地段，中国已 有1000 kV及以下电压等级的输电线路经过煤矿采动区地段。受煤矿采动区地表沉陷的影 响，输电线路铁塔基础将发生不均匀沉降、倾斜和水平滑移等破坏，进而使铁塔的根开和塔 腿高差发生变化，塔体结构产生较大的附加应力，造成塔体局部破坏或整体发生倒塌，直接 威胁输电铁塔安全及线路的稳定运行。
[0003] 目前的输电线路铁塔设计规范中，还未将基础变形作为一种荷载工况进行考虑， 无法进行采动区输电铁塔结构设计和加固改造方案制定。应当采用理论分析和有限元模拟 相结合的方法，考虑基础变形过程中输电铁塔结构大变形的影响，提出具有较强适用性的 采动区输电铁塔结构承载力评估方法。
【发明内容】
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[0004] 本发明的目的是提供一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估方法， 该方法可依据输电铁塔基础变形监测数据，实现采动区输电铁塔不均匀沉降、倾斜和水平 滑移等多种基础变形类型的模拟，考虑基础变形过程中铁塔大变形影响，具有更好的适用 性和更高的精度。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于监测基础变形的采动区输 电铁塔承载力评估方法，所述方法包括以下步骤：
[0006] (1)建立输电铁塔有限元模型；
[0007] (2)确定不同类型基础变形的约束条件；
[0008] (3)处理所述基础变形的监测数据；
[0009] (4 )进行输电铁塔结构内力分析；
[0010] (5)对基础变形输电铁塔承载力评估。
[0011] 本发明提供的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估方法，所述步 骤（1)中的输电铁塔有限元模型通过输电铁塔司令图标注的尺寸生成节点空间坐标并通过 梁单元和杆单元建立输电铁塔有限元模型。
[0012] 本发明提供的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估方法，所述输 电铁塔的塔身主材和横担主材采用梁单元，所述输电铁塔的塔身斜材和横担斜材采用杆单 元；所述主材与斜材连接方式为铰接。
[0013] 本发明提供的另一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，所述步骤（2)中的基础变形包括沉降、倾斜和水平滑移；通过对输电铁塔塔脚处的约 束模拟基础变形。
[0014] 本发明提供的再一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，当所述输电铁塔塔脚发生沉降时，沉降处释放铁塔垂直方向平动自由度，非沉降处固 结；当所述输电铁塔塔脚发生水平滑移时，沉降处释放铁塔横线路方向平动自由度，非沉降 处固结；当所述输电铁塔塔脚发生倾斜时，沉降处释放铁塔垂直方向平动自由度和绕铁塔 顺线路方向的转动自由度，非沉降处释放绕铁塔顺线路方向的转动自由度。
[0015] 本发明提供的又一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，当每个所述输电铁塔塔脚下方设置的基础未发生变形时，约束输电铁塔塔脚节点的 所有自由度；当所述基础发生水平滑移时，所述输电铁塔一侧的塔脚固定，其另外一侧塔脚 水平移动；当所述基础发生不均匀沉降时，所述输电铁塔的其中一个不发生沉降，其他三个 塔脚沉降量按相对沉降量确定；当设置在所有所述基础下方的大板基础发生倾斜时，所述 输电铁塔的一侧塔脚固定，其另一侧塔脚均匀沉降。
[0016] 本发明提供的又一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，所述步骤（3)采用经纬仪或全站仪对采动区输电铁塔塔脚绝对标高进行监测，以沉降 量最小的某一塔脚标高为基准，计算得到各塔脚的相对沉降量，按照时间顺序对各个塔脚 相对沉降量进行编号，生成横坐标为数据编号i和纵坐标为相对沉降量△ z的数据系列，其 中 i=l, 2, 3,…，η。
[0017] 本发明提供的又一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，所述步骤（4)中当基础发生倾斜变形时，需要考虑结构大变形的影响；当基础发生沉 降、水平滑移变形时，其结构大变形对输电铁塔承载力影响忽略不计。
[0018] 本发明提供的又一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，在常遇荷载和基础变形共同作用下，进行输电铁塔受力分析，得到与基础变形监测过 程对应的输电铁塔杆件内力时程曲线。
[0019] 本发明提供的又一优选的一种基于监测基础变形的采动区输电铁塔承载力评估 方法，所述步骤（5)通过确定杆件应力比，进行输电铁塔杆件承载力评估，判断输电铁塔的 健康状态；其评价标准为：当杆件应力比小于1时，杆件实际内力低于设计承载力，即杆件 处于安全状态；当杆件应力比等于1时，杆件实际内力刚好达到设计承载力，即杆件处于临 界状态；当杆件应力比大于1时，杆件实际内力超过设计承载力，即杆件进入失效状态。
[0020] 和最接近的现有技术比，本发明提供技术方案具有以下优异效果
[0021] 1、本发明的方法依据输电铁塔基础变形监测数据，考虑基础变形过程中输电铁塔 结构大变形的影响，与传统的输电铁塔承载力评估方法相比，具有更好的适用性；
[0022] 2、本发明的方法为采动区基础变形铁塔加固改造提供技术依据；
[0023] 3、本发明的方法将基础变形作为一种荷载工况进行考虑，为精确的评估输电铁塔 承载力奠定了良好的基??；
[0024] 4、本发明的方法实现了采动区输电铁塔不均匀沉降、倾斜和水平滑移等多种基础 变形类型的模拟，与传统的输电铁塔承载力评估方法相比，具有更高的精度。
【附图说明】
[0025] 图1为本发明方法的流程图；
[0026] 图2为本发明的输电铁塔有限元模型示意图；
[0027] 图3为本发明的大板基础输电铁塔倾斜不意图；
[0028] 图4为本发明的输电铁塔塔脚编号示意图；
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