CN110378040B - 一种抱杆工作状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抱杆工作状态监测方法，建立抱杆有限元模型，对抱杆有限元模型施加模拟载荷；获取各个工况下抱杆有限元模型的薄弱部位；根据数值模拟结果，在抱杆实体上设置应变传感器，用于监测该位置的应变情况；获取应变传感器的应变监测值，判断应变监测值是否大于其所对应位置的最大应变承受值，若结果为是，则停止运行，并发出警报，若结果为否，则重复判断。本发明的抱杆工作状态监测方法利用有限元模拟得到薄弱部位，这些位置为最容易发生强度及失稳破坏的位置，对这些薄弱部位进行应变监测，只要这些位置的应变均不超出对应的最大应变承受值，就可保证不出现破坏；重点监测最薄弱的位置，能够准确地反映出抱杆实体的受力情况。

Description

一种抱杆工作状态监测方法

技术领域

本发明涉及工程施工技术领域，更进一步涉及一种抱杆工作状态监测方法。

背景技术

电力输送在电力工业中起着至关重要的作用，发展特高压电网能够降低占用耕地面积，充分利用线路走廊，降低输电线路的线损的制造费用。

高压电网的组建依靠输电塔，输电塔的搭建需要利用抱杆，抱杆是一种格构式高耸结构，依附于在建输电塔，将钢材提升到特定位置，以供操作人员安装，是架空输电线路铁塔组立施工的主要提升工具。

随着交流和直流输电线路电压等级不断提高，输电塔的高度和重量也随之不断增加，尤其在特高压工程及大跨越线路中，高度上百米、质量上百吨的输电塔越来越多，其中单个构件的长度可达9米，质量达到4～5吨，极大程度地增加了抱杆的起吊重量和结构尺寸。

输电塔多采用钢管制成，利用抱杆提升钢管，抱杆的作用类似于土建施工的塔吊，由于输电塔为对称结构，因而由立柱支撑的平臂采用对称结构，称为双平臂，以提升吊装施工效率。

抱杆施工过程需要采用相应的参数，目前通常监测不平衡力矩、起吊绳接力、抱杆挠度等参数，这些参数均需要通过测量应力、应变后计算得到，只能得到抱杆的平均受力情况，无法精准地反映抱杆的实际受力情况，因而难以准确地判断抱杆是否出现破坏。

对于本领域的技术人员来说，如何准确地监测抱杆的受力情况，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种抱杆工作状态监测方法，能够准确地反映出抱杆实体的实际受力情况，保障施工安全，具体方案如下：

一种抱杆工作状态监测方法，包括：

建立抱杆有限元模型，依次模拟多种实际工况，对所述抱杆有限元模型施加模拟载荷；

获取各个工况下所述抱杆有限元模型的薄弱部位；

根据数值模拟结果，在抱杆实体上对应于所述薄弱部件的相应位置设置应变传感器；

获取所述应变传感器的应变监测值，判断所述应变监测值是否大于其所对应位置的最大应变承受值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断。

可选地，还包括：

获取起吊绳拉力、所述抱杆实体的挠度和不平衡力矩，并判断是否超出设定值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断。

可选地，还包括：

对所述抱杆有限元模型进行模态分析，获取所述抱杆有限元模型的自振频率和振型；

在所述抱杆实体上设置加速度传感器；

获取所述加速度传感器的加速度监测值，根据所述加速度监测值计算所述抱杆实体的实际振动频率；

判断所述实际振动频率与所述自振频率的差值是否超出频率阈值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断。

可选地，获取所述抱杆有限元模型的自振频率和振型，包括：

获取所述抱杆有限元模型的前三阶自振频率。

可选地，计算所述抱杆实体的实际振动频率，包括：

获取所述抱杆实体0～10Hz频率范围内的响应情况。

可选地，还包括：

对所述抱杆有限元模型进行谐响应分析，获取所述抱杆有限元模型在自振频率处的位移响应；

根据所述加速度监测值计算所述抱杆实体的实际振动位移；

判断所述实际振动位移与所述位移响应的差值是否超出位移阈值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断。

本发明提供一种抱杆工作状态监测方法，建立抱杆有限元模型，依次模拟多种实际工况，对抱杆有限元模型施加模拟载荷，每种模拟载荷对应一种实际情况下的受力情况；获取各个工况下抱杆有限元模型的薄弱部位，在不同的模拟载荷条件下，抱杆有限元模型的薄弱部位分布情况也不相同；根据模拟结果，在抱杆实体上对应于薄弱部位的相应位置设置应变传感器，用于监测该位置的应变情况；获取应变传感器的应变监测值，判断应变监测值是否大于其所对应位置的最大应变承受值，若结果为是，则停止运行，并发出警报，若结果为否，则重复判断。本发明的抱杆工作状态监测方法利用有限元模拟得到薄弱部位，这些位置为最容易发生强度及失稳破坏的位置，对这些薄弱部位进行应变监测，只要这些位置的应变均不超出对应的最大应变承受值，就可保证不出现破坏；此方法重点监测最薄弱的位置，能够准确地反映出抱杆实体的受力情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的抱杆工作状态监测方法的流程图。

图中包括：

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种抱杆工作状态监测方法，能够准确地反映出抱杆实体的实际受力情况，保障施工安全。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的抱杆工作状态监测方法进行详细的介绍说明。

如图1所示，为本发明提供的抱杆工作状态监测方法的流程图；本发明的抱杆工作状态监测方法包括以下步骤：

S1、建立抱杆有限元模型，依次模拟多种实际工况，对抱杆有限元模型施加模拟载荷；利用有限元软件建立抱杆有限元模型，例如ANSYS，抱杆有限元模型的尺寸和结构等各项参数与抱杆实体相等；实际工况是指抱杆实体能够遇到的各种受力情况，在有限元软件中对抱杆有限元模型施加相应的模拟载荷，模拟抱杆实体在各种对应的工况下所受到的作用力，例如水平风力、斜向风力、地震作用力等。

S2、获取各个工况下抱杆有限元模型的薄弱部位；在有限元软件中对抱杆有限元模型施加相应的模拟载荷后，通过有限元软件进行计算，分析各个单元的受力情况，找出薄弱部位，薄弱部位既包括强度破坏又包括失稳破坏等破坏形式；在不同的工况条件下，薄弱部位可能不同；在同一工况条件下，可能出现多个薄弱部位，薄弱部位相对于周围的其他位置所承受的应力更大，更容易出现断裂失效的情况。

S3、根据数值模拟结果，在抱杆实体上对应于薄弱部位的相应位置设置应变传感器；抱杆有限元模型与抱杆实体的形状和尺寸相同，因此在抱杆有限元模型上的薄弱部位认为抱杆实体上的薄弱部位，在抱杆实体上的薄弱部位设置应变传感器，应变传感器通常采用应变片，应变片配套设置太阳能供电模组、数据采集模组和无线信号传输模组，应变片采集的应变信号采用无线传输的方式输送；在各种工况条件下进行试验所得到的薄弱部位均安装有应变传感器，以应对所有可能出现的工况。

S4、获取应变传感器的应变监测值，判断应变监测值是否大于其所对应位置的最大应变承受值；在抱杆实体正常使用过程中，持续获取应变传感器的应变监测值，依次分析每个贴装应变传感器位置所受的应力应变情况；根据材料特性、尺寸、形状分析各个位置所能承受的最大值，该最大值对应乘以一个安全系数，以此计算值作为最大应变承受值，保留安全余量；或者在有限元软件中进行加载试验，获取各个薄弱部位出现破坏失效的值，出现破坏失效的值对应乘以一个安全系数，以此计算值作为最大应变承受值，保留安全余量。

步骤S4中进行判断，若判断结果为是，则停止运行，并发出警报；抱杆暂停施工，以防止发生破坏造成事故。若判断结果为否，则重复判断，设定数据获取时间间隔，每隔一定时间计算一次，若各个应变传感器的应变监测值均未超过对应位置所能承受的最大应变承受值，表示工作正常，持续监测。

本发明的抱杆工作状态监测方法利用有限元模拟得到薄弱部位，这些位置为最容易发生强度及失稳破坏的位置，对这些薄弱部位进行应变监测，只要这些位置的应变均不超出对应的最大应变承受值，就可保证不出现破坏；此方法重点监测最薄弱的位置，而不是根据平均受力情况进行判断，能够更为准确地反映出抱杆实体的受力情况，能够准确及时地对施工过程进行监测，避免出现事故。

在上述方案的基础上，本发明的抱杆工作状态监测方法还包括以下步骤：

获取起吊绳拉力、抱杆实体的挠度和不平衡力矩，并判断是否超出设定值；若结果为是，则停止运行，并发出警报；若结果为否，则重复判断。每隔一段时间监测判断一次，该过程与上述监测判断过程同步进行。

上述的过程用于监测抱杆实体的静态特性，也即抱杆实体所能承受的最大静态应力；而抱杆实体在使用过程中所受到外部干扰是动态的，例如风力不断改变方向与大小、或者因起吊速度不同而产生不同振动，因此还需要对抱杆实体的动态特性进行监测判断；因此本发明进一步提供更完善的动态特性分析过程，具体包括：

S11、对抱杆有限元模型进行模态分析，获取抱杆有限元模型的自振频率和振型。

当结构受到某种外界干扰后会产生位移或速度，外界干扰消失后结构将在平衡位置附近继续振动，这种振动称为结构的自由振动，结构自由振动时的频率称为结构的自振频率。

振型是结构体系的一种固有属性，是指弹性体或弹性系统自身固有的振动形式；振型对应于频率而言，一个自振频率对应于一个振型；对于同一个结构体系，存在多阶自振频率和振型。

S12、在抱杆实体上设置加速度传感器；加速度传感器用于监测抱杆实体体振动时的动态特性，即抱杆实体所受外力不断变化时所呈现的特性；加速度传感器安装在抱杆平臂、杆顶以及杆身标准节上。加速度传感器与静态监测的应变传感器通过数据线连接数据采集装置，并通过无线传输模块传输到终端进行分析。

S13、获取加速度传感器的加速度监测值，根据加速度监测值计算抱杆实体的实际振动频率；加速度传感器的监测值反映抱杆实体的振动频率，此振动频率为抱杆实体在实际工况条件下产生的振动。

S14、判断实际振动频率与自振频率的差值是否超出频率阈值；若结果为是，则停止运行，并发出警报；若结果为否，则重复判断。

当抱杆实体的振动频率与自振频率相等时会产生共振，使抱杆实体发生破坏，为避免出现共振，在抱杆实体的振动频率与自振频率之间的差值在频率阈值范围之内时发出报警，停止抱杆实体的工作，防止振动进一步接近自振频率。

上述步骤S11中获取抱杆有限元模型的自振频率和振型，包括获取抱杆有限元模型的前三阶自振频率。根据振动相关理论可知，高阶模态相对于低阶模态的振幅更小，且因为结构阻尼的存在，也会使高阶响应迅速衰减，因此可以忽略双平臂抱杆实体的高阶模态影响，只考虑低阶模态，通只需分析前三阶模模态的自振频率。

计算抱杆实体的实际振动频率包括：获取抱杆实体0～10Hz频率范围内的响应情况；也即针对0～10Hz频率范围内的抱杆实体结构响应进行分析。

更进一步，本发明的抱杆工作状态监测方法还包括：

S15、对抱杆有限元模型进行谐响应分析，获取抱杆有限元模型在自振频率处的位移响应。

S16、根据加速度监测值计算抱杆实体的实际振动位移；根据加速度传感器的加速度监测值进行积分可得到速度值，对速度值做积分可得到位移值。

S17、判断实际振动位移与位移响应的差值是否超出位移阈值；若结果为是，则停止运行，并发出警报；若结果为否，代表工作正常，重复判断，一直持续监测过程。

采用本发明提供的抱杆工作状态监测方法，能够保证抱杆实体组塔的安全性，提高组塔质量，提升组塔效率，实现组塔施工安全、优质、高效。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种抱杆工作状态监测方法，其特征在于，包括：

建立抱杆有限元模型，依次模拟多种实际工况，对所述抱杆有限元模型施加模拟载荷；

获取各个工况下所述抱杆有限元模型的薄弱部位；

根据数值模拟结果，在抱杆实体上对应于所述薄弱部位的相应位置设置应变传感器；

获取所述应变传感器的应变监测值，判断所述应变监测值是否大于其所对应位置的最大应变承受值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断；

还包括：

获取起吊绳拉力、所述抱杆实体的挠度和不平衡力矩，并判断是否超出设定值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断；

还包括：

对所述抱杆有限元模型进行模态分析，获取所述抱杆有限元模型的自振频率和振型；

在所述抱杆实体上设置加速度传感器；

获取所述加速度传感器的加速度监测值，根据所述加速度监测值计算所述抱杆实体的实际振动频率；

判断所述实际振动频率与所述自振频率的差值是否超出频率阈值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断；

还包括：

对所述抱杆有限元模型进行谐响应分析，获取所述抱杆有限元模型在自振频率处的位移响应；

根据所述加速度监测值计算所述抱杆实体的实际振动位移；

判断所述实际振动位移与所述位移响应的差值是否超出位移阈值；

若结果为是，则停止运行，并发出警报；

若结果为否，则重复判断。

2.根据权利要求1所述的抱杆工作状态监测方法，其特征在于，获取所述抱杆有限元模型的自振频率和振型，包括：

获取所述抱杆有限元模型的前三阶自振频率。

3.根据权利要求2所述的抱杆工作状态监测方法，其特征在于，计算所述抱杆实体的实际振动频率，包括：

获取所述抱杆实体0～10Hz频率范围内的响应情况。