CN109388865B - 一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法。本发明通过有限元仿真计算对地沉降工况下的杆塔薄弱点进行定位，为应变测点的选择提供指导；通过分析地基变化对测点应变变化的影响，可准确给出地沉降工况下杆塔的安全裕度；短期内通过对杆塔钢构应变实时监测，结合有限元仿真分析结果，能有效实时反映杆塔安全状况并起到失效预警作用，方便线路运维人员做出正确应急决策。此外，本发明提供了一种采用基于基片和夹具的非接触式杆塔应变实时监测方法和流程，可克服应变片直接粘贴在杆塔上带来的安装维护困难、传感器易受潮等缺点，可广泛应用于短期内地基沉降工况下的危塔钢构应变实时监测。

Description

一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法

技术领域

本发明涉及一种杆塔失效预警方法，尤其是涉及一种基于有限元方法和应变监测手段的地沉降工况下杆塔短期应急失效预警方法。

背景技术

输电线路既是电网系统极其关键的设施，也是电网安全可靠运行的巨大动脉。统计数据分析表明，自然灾害是造成我国输电线路倒塔的首要原因。超特高压输电线路长数百公里，不可避免会经过复杂地质、地震活跃地带，由于地壳运动的发生，地沉降等因素会引起杆塔地基发生变化，严重影响输电线路运行的安全性。调研发现在不少山区、丘陵地带，输电线路杆塔地基附近经常发现杆塔基础开裂、根开移动、钢构形变等现象，对杆塔的运行安全性造成较大的影响，现有技术无法准确给出杆塔的安全裕度，给运维人员带来了极大的不便。如何准确判断输电线路杆塔安全性，实时监测杆塔安全状况并做出正确应急决策也是目前亟须的技术。

近年来，在杆塔的失效预警方面，现有的杆塔在线监测方法有：基于倾角传感器的杆塔倾斜监测、基于卫星技术的杆塔形变监测、基于电阻式应变传感器的杆塔应变监测和基于光纤传感技术的杆塔应变监测等。前两种能够很好地代替传统的人工巡检，但其只能间接反映杆塔整体受力及负荷平衡状态的参数，无法直接获取到杆塔钢构的受力值并进行精确分析。在杆塔应变监测方面，由于杆塔钢构的特殊性，常用的电阻应变计、振弦式应变计和基于光纤传感技术的杆塔应变监测都有其局限性。电阻应变计测量精度受自然环境影响很大，且由于应变测量的关键在于应变片是否与被测物品良好接触，应变片粘贴工艺要求较高，但由于杆塔的特殊性，直接在杆塔钢构上粘贴应变片并进行处理措施难度较大，很难获得令人满意的测量数据。振弦式应变计是利用弦振频率与弦的拉力的变化关系来测量应变计所在点的应变，对同一根振弦，其拉力与振动频率的平方成正比。温度引起的振弦长度变化可以忽略，因此其测应变的稳定性较好，但是安装众多的振弦式应变计，从布线、成本和对结构性能的影响上来讲都是不现实的。基于光纤传感技术的杆塔应变监测具有质量轻、灵敏度高、耐腐蚀等优点，但光纤光栅应用于杆塔应变测量技术尚未成熟，造价较高，目前其实用性较低。目前杆塔应变实时测量尚未有较理想的测量方法，杆塔应变测量在国内较少有相关报道。同时在杆塔有限元仿真方面，很多学者在梁单元有限元模型的基础上，较为系统地研究了输电塔在覆冰荷载和风载荷作用下的破坏机制，而对地基沉降工况下的杆塔力学特性方面的研究相较缺乏。

发明内容

本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种将有限元方法和杆塔应变实时监测技术相结合的地沉降工况下杆塔应急失效预警方法，该方法可准确给出地沉降工况下杆塔的安全裕度，短期内通过对杆塔钢构应变实时监测，结合有限元仿真分析，能有效实时反映杆塔安全状况并起到失效预警作用，方便线路运维人员做出正确应急决策。

本发明还有一目的是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种采用基于基片的非接触式杆塔应变实时监测方法和流程，可克服应变片直接粘贴在杆塔上带来的安装维护困难、传感器易受潮等缺点，可广泛应用于短期内地基沉降工况下的危塔钢构应变实时监测。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，有限元模型建立：根据杆塔的设计图纸、实际结构和实际地形，完成整个耐张段内杆塔、绝缘子串和导、地线整体三维有限元模型的建立；

步骤2，测点位置确定：通过对塔-线系统施加自由度约束，对处于不同工况下的杆塔进行力学有限元仿真分析，探究杆塔上的薄弱点位置。同时结合其他限制因素，给出杆塔应变监测测点的具体位置。

步骤3，通过对塔腿节点施加不同大小的位移约束，设计多种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算，依据不同工况下各测点应变和应力变化情况，对测点应变变化裕度进行大概的评估，为后续测量数据分析提供指导。

步骤4，现场测量及数据分析步骤：采用基于基片和夹具的非接触式应变监测方法对测点钢构进行应变实时监测。通过对应变监测数据的实时分析，结合步骤3仿真分析结果，对杆塔安全状况进行实时评估。

在上述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，所述的步骤1具体包括：

步骤1.1，根据杆塔的设计图纸、实际结构和实际地形，应用BEAM188梁单元模拟输电线路铁塔角钢，通过设定该单元的实常数来模拟L形角钢的形状及其截面尺寸，从而完成耐张段内所有杆塔三维有限元模型的建立；

步骤1.2，根据导线和地线的参数构建导线和地线的悬链线模型，导线和地线采用LINK10单元建模，导线挂点与杆塔绝缘子串挂点之间用LINK8单元建模的绝缘子串连接，最终完成整个耐张段内杆塔、绝缘子串和导、地线模型的建立；

在上述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，所述的步骤2中，杆塔应变监测测点位置的最终确定方法，具体为：

步骤2.1、提取出竣工和当前这两种工况下杆塔各角钢的应力，确定出应力与屈服强度之比大的薄弱钢构或从竣工工况到当前工况下应力应变变化大的钢构，作为杆塔钢构初步薄弱点；

步骤2.2、结合在线测量装置测点的数量限制和布点位置难易程度，考虑杆塔的对称性、钢构所处位置的重要性、钢构是否主材、斜材或辅材因素，来确定出实际测量的最终布点位置。

在上述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，所述的步骤3中，设计多种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算，所述多种工况具体为：

工况1：竣工时杆塔情况(塔腿未发生地基沉降和位置变化)；

工况2：当前实际杆塔情况；

工况3：模拟将来可能发生倒塔时的工况，其中工况3的模拟具体为：不断增大地沉降杆塔塔腿节点的非零位移约束，直到有主材应力达到屈服强度或当进一步增大约束的杆塔塔腿节点位移时，计算矩阵刚度奇异，此时判定为杆塔失效以模拟将来可能发生倒塔时的工况。

在上述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，所述的步骤4中，钢构应变测量具体是基于基片和夹具的非接触式测量角钢应变的方法，在室内将应变片贴在薄钢条上，再在其表面涂抹防水胶，制作成为一个测量用的基片。在实际现场布置时，利用C型夹具将基片两端与杆塔钢构紧紧夹在一起，当钢构变形时，通过摩擦力带动基片变形，基片带动应变片形变，即可测量钢构的实际应变。

在上述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，所述的步骤4中，实际现场安装时，首先要打磨角钢表面，对角钢表面的锈蚀和油漆进行处理以增大角钢和基片之间的摩擦力，拧紧C形夹具，将基片两端牢牢固定在角钢上。在整个基片表面以及基片边缘进行防水防潮处理，最后在整个基片和应变片表面涂抹有保温和固定作用的膨化胶。

本发明一方面通过有限元仿真手段模拟和分析地基沉降工况下杆塔力学特性，另一方面提出了一种采用基于基片的非接触式杆塔应变实时监测方法，最后给出了将现场实测数据与有限元仿真结果相结合以对杆塔失效进行实时预警的方法。

和现有技术相比，本发明具有以下特点和有益效果：

(1)一方面，提出了一种基于有限元方法和杆塔应变监测系统对杆塔进行失效预警的方法。该方法能在短期内对杆塔薄弱点钢构进行应变实时监测，能有效反映杆塔安全状况并起到失效预警作用；另一方面，提供了一种采用基于基片的非接触式杆塔应变实时监测方法，可克服应变片直接粘贴在杆塔上带来的安装维护困难、传感器易受潮等缺点，可广泛应用于短期内地基沉降工况下的危塔钢构应变实时监测。

(2)将本发明应用于地沉降工况下的危塔改造当中，可在短期内提前预估到地基进一步沉降时杆塔安全状况，方便线路运维人员做出正确应急决策。

附图说明

图1是本发明建立的某地基沉降杆塔所在耐张段内整体塔-线系统的三维有限元模型图。

图2是本发明依据现场勘测情况，推算出的地沉降杆塔各塔腿位移变化情况示意图。

图3是本发明最终确定的待监测应变的杆塔钢构具体位置和编号图。

图4是本发明提出的非接触式测量角钢应变的方法中实验室内自制的基片实物图。

图5a是本发明用于某实际地沉降杆塔所监测的某时间段内钢构监测应变随时间变化曲线(监测点1-4)。

图5b是本发明用于某实际地沉降杆塔所监测的某时间段内钢构监测应变随时间变化曲线(监测点5-10)。

图6是本发明实施方式的流程图。

具体实施方式

下面将结合某实际地沉降工况下的500kV线路18#杆塔失效预警和附图来说明本发明的一种具体实施方式。

实施例：

一、首先介绍本发明的方法原理，具体包括：

步骤1，有限元模型建立：根据杆塔和导地线相关参数构建杆塔所在耐张段的三维精细化有限元仿真模型。

步骤1.1，根据杆塔的设计图纸、实际结构和实际地形，应用BEAM188梁单元模拟输电线路铁塔角钢，通过设定该单元的实常数来模拟L形角钢的形状及其截面尺寸，从而完成耐张段内所有杆塔三维有限元模型的建立；

步骤1.2，根据导线和地线的参数构建导线和地线的悬链线模型，导线和地线采用LINK10单元建模，导线挂点与杆塔绝缘子串挂点之间用LINK8单元建模的绝缘子串连接，最终完成整个耐张段内杆塔、绝缘子串和导、地线模型的建立；

步骤2，测点位置确定：通过对塔-线系统施加自由度约束，对处于不同工况下的杆塔进行力学有限元仿真分析，探究杆塔上的薄弱点位置。同时结合其他限制因素，给出杆塔应变监测测点的具体位置。

具体操作方法如下：

步骤2.1，首先确定当前杆塔各塔腿相对于竣工时的位置变化情况。通过对杆塔有限元模型施加不同的约束条件来模拟竣工和当前这两种工况，仿真获得这两种工况下杆塔钢构应力和应变情况；

步骤2.2，通过对步骤2.1仿真计算获得的各钢构应力应变数据进行分析，确定杆塔上的薄弱点位置。同时考虑实际施工方便和安全，以及设备限制等其他因素确定最终杆塔应变监测的测点具体位置；

步骤3，通过对塔腿节点施加不同大小的位移约束，设计多种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算，依据不同工况下各测点应变和应力变化情况，对测点应变变化裕度进行大概的评估，为后续测量数据分析提供指导。

步骤4，现场测量及数据分析步骤：采用基于基片和夹具的非接触式应变监测方法对测点钢构进行应变实时监测。在测点钢构上安装带应变测量装置，通过信号线将测量信号传输至应变仪，再将信号传输到计算机上。通过对应变监测数据的实时分析，结合步骤3仿真分析结果，对杆塔安全状况进行实时评估。

步骤2.1中，对杆塔有限元模型自由度进行约束来模拟竣工和当前两种工况，具体为：模拟当前工况时，仿真中对于位置发生了变化的杆塔塔腿连接点，施加移动方向上非零的位移约束，其他平动和转动自由度施加零约束；对位置未发生变化的塔腿连接点和未发生地基沉降的其他杆塔塔腿节点，对其全部平动和转动自由度全部施加零位移约束。模拟竣工工况时，对所有杆塔的塔腿连接点均施加零位移约束。约束完成后打开应力钢化，进行加载求解，对塔线系统中杆塔各构件进行有限元力学分析从而获得不同工况下角钢单元的应力应变。

步骤2.2中，杆塔应变监测测点位置的最终确定方法，具体为：提取出步骤2.1获得的两种工况下杆塔各角钢的应力，确定出应力比值(应力与屈服强度之比)较大的薄弱钢构或从竣工工况到当前工况下应力应变变化较大的钢构，作为杆塔钢构初步薄弱点；结合在线测量装置测点的数量限制和布点位置难易程度，考虑杆塔的对称性、钢构所处位置的重要性、钢构是否主材、斜材或辅材等多种因素进一步分析，来确定出实际测量的最终布点位置。

步骤3中，设计多种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算，所述多种工况具体为：工况1：竣工时杆塔情况(塔腿未发生地基沉降和位置变化)；工况2：当前实际杆塔情况；工况3：模拟将来可能发生倒塔时的工况。其中工况3的模拟具体为：不断增大地沉降杆塔塔腿节点的非零位移约束，直到有主材应力达到屈服强度或当进一步增大约束的杆塔塔腿节点位移时，计算矩阵刚度奇异，此时判定为杆塔失效以模拟将来可能发生倒塔时的工况。

步骤4中，钢构应变测量具体为：本发明提出了一种非接触式测量角钢应变的方法，在室内将应变片贴在薄钢条上，再在其表面涂抹防水胶，制作成为一个测量用的基片。在实际现场布置时，利用C型夹具将基片两端与杆塔钢构紧紧夹在一起，当钢构变形时，通过摩擦力带动基片变形，基片带动应变片形变，即可测量钢构的实际应变。经实验室验证短期内钢构和基片之间力的传递性良好。实际现场安装时，首先要打磨角钢表面，对角钢表面的锈蚀和油漆进行处理以增大角钢和基片之间的摩擦力，拧紧C形夹具，将基片两端牢牢固定在角钢上。在整个基片表面以及基片边缘进行防水防潮处理，最后在整个基片和应变片表面涂抹有保温和固定作用的膨化胶，以减小测量误差。

二、下面结合具体实例进行说明。

步骤1，调研发生地基沉降的18#杆塔基本情况，18#杆塔塔材变形，基础与护面之间存在明显裂缝，杆塔有较大概率出现力学失效状况。#18杆塔为转角塔，塔型为SJ3A-24，转角度数为左30°44′。该塔所在的耐张段由11级塔组成，其中13和23号杆塔为耐张塔。首先依据18#杆塔图纸和相关参数，建立该耐张段内所有杆塔(#13～#23所有杆塔)的3维有限元模型，应用BEAM188梁单元模拟输电线路铁塔角钢，通过设定188单元的实常数来模拟L形角钢的形状及其截面尺寸。依据耐张段内的导、地线以及绝缘子串相关参数，采用具有非线性、应力刚化、大变形功能的刚性LINK10索单元模拟导、地线，忽略绝缘子和连接金具的重力荷载影响，用刚性连接杆单元LINK8模拟绝缘子串，建立整体3维有限元1:1精细化求解模型。其中导地线建模时可将6分裂导线等效为单根导线，等效后需保证加载的初始应变、导线比载和单位截面张力仍与单根导线一致。整个耐张段塔-线系统有限元模型参见图1。

步骤2，依据现场勘测情况，确定当前杆塔各塔腿相对于竣工时的偏移情况。通过现场相关勘测情况，认为B腿地基未发生位移，作为基点，推算出各塔腿位移变化如图2所示。模拟耐张段内塔-线系统有限元模型在竣工和当前工况下，进行力学仿真计算。竣工计算时，打开应力刚化，设置自重，再将所有杆塔塔腿连接节点全部平动和转动自由度均施加零位移约束。当前工况计算时，打开应力刚化，设置自重，对其中位置发生了变化的塔腿(即图2中的A、C、D三个塔腿)连接点，施加移动方向上非零的位移约束，其他平动和转动自由度施加零约束；对位置未发生变化的塔腿连接点和未发生地基沉降的其他杆塔塔腿节点，对其全部平动和转动自由度均施加零位移约束。

计算得到#18杆塔钢构应力应变分布情况。分析杆塔各钢构的应力变化情况，分别选出各主材和辅材中应力比值(应力与钢构屈服强度之比)最大的15个单元。同时分析仿真结果可知，现有情况下，由于当前各塔腿位置相对于竣工时刻的改变，A、C塔腿向内挤压，B、D塔腿向外拉伸，导致薄弱点位置主要集中在塔身中部第一横隔面和第二横隔面这些位置，这两横隔面上的钢构都是屈服强度较小(235MPa)的辅材，较易发生屈服，也与实际现场观测到的情况一致。同时地基沉降造成塔腿被压缩或拉伸严重，因此也有部分薄弱点集中在几个塔腿处。同时考虑到实际施工方便和安全，结合在线测量装置测点的数量限制和布点位置难易程度，本实施例中设备布点数量限制为14个测点，现场情况下不允许工人爬至第二横隔面及以上位置安装作业，因此选择在杆塔第一横隔面及以下位置布点监测，去掉杆塔塔身和上部的薄弱点；考虑杆塔的对称性，杆塔第一横隔面有多根钢构都已发生变形，但由仿真可知其对称位置处受力几乎相同，监测其中一根钢构即可获知其对应钢构的受力情况，因此考虑选择其中4根钢构进行布点即可；考虑钢构所处位置的重要性，4个塔腿处，特别是其主材钢构几乎承担着导线和铁塔的所有重量，其位置非常重要，主材屈服对杆塔失稳的影响很大，因此选择4个塔腿的四根主材钢构进行监测。综上，最终确定对#18塔第一横隔面及以下14个钢构监测其应变，如图3所示，其中，正值为拉应力、拉应变，负值为压应力、压应变。

步骤3，通过对塔腿节点施加不同大小的位移约束，设计如下三种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算——工况1：竣工时杆塔情况(塔腿未发生地基沉降和位置变化)；工况2：当前实际杆塔情况；工况3：模拟将来可能发生倒塔时的工况。依据三种工况下各测点应变和应力变化情况，分析地基进一步沉降对钢构受力的影响，同时对测点应变变化裕度做大概的评估。其中工况3的模拟具体为：不断增大地沉降杆塔塔腿节点的非零位移约束，直到有主材应力达到屈服强度或当进一步增大约束的杆塔塔腿节点位移时，计算矩阵刚度奇异，此时判定为杆塔失效以模拟将来可能发生倒塔时的工况。三种工况下各测点应力变化情况如下表所示：

表1不同工况下测量点应力计算结果

由上表可知，当杆塔处于竣工状态时，未发生地基沉降等现象，杆塔各钢构受力很小，塔腿处钢构(测点1～4)应力最大不超过80MPa，第一横隔面的辅材(测点7～12)承受应力几乎为0，但随着地基沉降的发生，A、C塔腿进一步挤压，所有测点处钢构受力明显变大，工况2中第一横隔面辅材已经超过屈服强度，与当前实际情况一致。工况3中，塔腿A受力最大，压应力达到277.96MPa。此时第一横隔面受压辅材测点7～10和受拉辅材测点11、12承受应力已超过300MPa。此时测点辅材几乎全部屈服，杆塔有较大失效可能。

三种工况下各测点应变变化情况如下表所示：

表2不同工况下测量点应变计算结果

由上表可知，随着地基沉降量的增大，各测点处钢构单元的应变值也显著增大。从当前工况2到模拟未来发生倒塔时的工况3可以看出，当塔腿主材测点应变量的改变超过约600με，其他辅材测点应变量改变超过约3000με时，认为杆塔较危险，有很大倒塔的可能。由此可以通过监测这14个测点的应变变化情况，实时分析各测点应变曲线实时变化趋势和应变数值大小，比较监测结果与有限元仿真结果，从而对杆塔失效进行及时预警，减小杆塔失效带来的经济损失或其他危害。

步骤4，对上述14个测点钢构进行应变实时监测。在测点钢构上安装应变片，通过信号线将测量信号传输至应变仪，再将信号传输到计算机上。本实施例所用应变监测系统主要基于电阻式应变传感器而设计。应变片采用双轴向BX120-3BA组成的应变花，将该应变片用胶水粘在被测物品表面，被测物品应力变化时带动电阻片拉伸或压缩，引起电阻片电流变化，通过测量电流变化即可算出应变变化值。该应变花由一轴向应变片和一垂直轴向的应变片组成，测量时将其接成半桥回路。测量系统所用应变仪采用uT7116Y液晶屏高速静态应变仪。为保证应变测量的可靠性，本文提出了一种非接触式测量角钢应变的方法。在室内将应变片贴在5.8mm厚的钢条上，再在其表面涂抹上703硅橡胶(起防水防潮作用)，即可制作成为一个测量用的基片。在实际现场布置时，利用C型夹具将基片两端与杆塔钢构紧紧夹在一起，当钢构变形时，通过摩擦力带动基片变形，基片带动应变片形变，即可测量钢构的实际应变。经实验室验证短期内钢构和基片之间力的传递性良好。采用这种方式测量应变，不仅现场安装方便，同时避免了直接在杆塔上贴应变片，测量结果也更可信。已贴好应变片的薄钢片实物图如图4所示。

实际现场安装时，首先要打磨角钢表面，对角钢表面的锈蚀和油漆进行处理以增大角钢和基片之间的摩擦力，拧紧C形夹具，将基片两端牢牢固定在角钢上。最后在整个基片表面以及基片边缘涂抹防水防潮的703硅橡胶，待硅橡胶固化后，在整个基片和应变片表面涂抹有保温和固定作用的膨化胶，以减小测量误差。

设置采样频率为0.2Hz，采用上述应变监测系统对杆塔测点钢构应变进行实时监测。对应变输出结果进行处理和分析，对当前杆塔安全状况进行评估，同时对短期内杆塔安全状况进行预估。某时间段内钢构监测应变随时间变化曲线如图5a、图5b所示。

由图5可知，测点钢构应变曲线总在一定范围内波动，波动周期近似为24h，主要受昼夜温差和环境的影响。塔腿处四个监测点(监测点1～4)应变随时间变化曲线波动较稳定，波动范围为-200～100με。第一横隔面上的斜材应变曲线波动范围为-150～100με，且受压构件(监测点7、8)与受拉构件(监测点9、10)波动趋势完全相反，侧面印证了监测结果的可靠性。通过一个多月的监控，测量结果始终呈现周期性变化，应变曲线波动平稳，没有超出预算设定的安全警戒裕度值，因此认为短期内杆塔安全状况良好，暂无大概率倒塔的风险。故认为该塔是可以继续运行的，在专项改造中最后安全拆除。

Claims (6)

1.一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，有限元模型建立：根据杆塔的设计图纸、实际结构和实际地形，完成整个耐张段内杆塔、绝缘子串和导、地线整体三维有限元模型的建立；

步骤2，测点位置确定：通过对塔-线系统施加自由度约束，对处于不同工况下的杆塔进行力学有限元仿真分析，探究杆塔上的薄弱点位置；同时结合其他限制因素，给出杆塔应变监测测点的具体位置；

步骤3，通过对塔腿节点施加不同大小的位移约束，设计多种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算，依据不同工况下各测点应变和应力变化情况，对测点应变变化裕度进行大概的评估，为后续测量数据分析提供指导；

步骤4，现场测量及数据分析步骤：采用基于基片和夹具的非接触式应变监测方法对测点钢构进行应变实时监测；通过对应变监测数据的实时分析，结合步骤3仿真分析结果，对杆塔安全状况进行实时评估。

2.根据权利要求1所述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：

步骤1.1，根据杆塔的设计图纸、实际结构和实际地形，应用BEAM188梁单元模拟输电线路铁塔角钢，通过设定该单元的实常数来模拟L形角钢的形状及其截面尺寸，从而完成耐张段内所有杆塔三维有限元模型的建立；

步骤1.2，根据导线和地线的参数构建导线和地线的悬链线模型，导线和地线采用LINK10单元建模，导线挂点与杆塔绝缘子串挂点之间用LINK8单元建模的绝缘子串连接，最终完成整个耐张段内杆塔、绝缘子串和导、地线模型的建立。

3.根据权利要求1所述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，所述的步骤2中，杆塔应变监测测点位置的最终确定方法，具体为：

步骤2.1、提取出竣工和当前这两种工况下杆塔各角钢的应力，确定出应力与屈服强度之比大的薄弱钢构或从竣工工况到当前工况下应力应变变化大的钢构，作为杆塔钢构初步薄弱点；

步骤2.2、结合在线测量装置测点的数量限制和布点位置难易程度，考虑杆塔的对称性、钢构所处位置的重要性、钢构是否主材、斜材或辅材因素，来确定出实际测量的最终布点位置。

4.根据权利要求1所述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，所述的步骤3中，设计多种工况对耐张段内的塔-线系统进行力学仿真计算，所述多种工况具体为：

工况1：竣工时杆塔情况，具体指塔腿未发生地基沉降和位置变化；

工况2：当前实际杆塔情况；

工况3：模拟将来可能发生倒塔时的工况，其中工况3的模拟具体为：不断增大地沉降杆塔塔腿节点的非零位移约束，直到有主材应力达到屈服强度或当进一步增大约束的杆塔塔腿节点位移时，计算矩阵刚度奇异，此时判定为杆塔失效以模拟将来可能发生倒塔时的工况。

5.根据权利要求1所述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，所述的步骤4中，钢构应变测量具体是基于基片和夹具的非接触式测量角钢应变的方法，在室内将应变片贴在薄钢条上，再在其表面涂抹防水胶，制作成为一个测量用的基片；在实际现场布置时，利用C型夹具将基片两端与杆塔钢构紧紧夹在一起，当钢构变形时，通过摩擦力带动基片变形，基片带动应变片形变，即可测量钢构的实际应变。

6.根据权利要求1所述的一种地沉降工况下的杆塔应急失效预警方法，其特征在于，所述的步骤4中，实际现场安装时，首先要打磨角钢表面，对角钢表面的锈蚀和油漆进行处理以增大角钢和基片之间的摩擦力，拧紧C形夹具，将基片两端牢牢固定在角钢上；在整个基片表面以及基片边缘进行防水防潮处理，最后在整个基片和应变片表面涂抹有保温和固定作用的膨化胶。

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