CN116109210B - 输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、介质及设备 - Google Patents

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CN116109210B CN202310376424.7A CN202310376424A CN116109210B CN 116109210 B CN116109210 B CN 116109210B CN 202310376424 A CN202310376424 A CN 202310376424A CN 116109210 B CN116109210 B CN 116109210B
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Abstract

本发明公开了一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、介质及设备，所述方法包括：获取输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比，并根据整体偏移比和杆件压屈比获取输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；当静力风致响应评估结果为评估通过时，获取输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数，并根据风险点倒塌比和风振系数获取输电线路杆塔的风振响应评估结果；当风振响应评估结果为评估通过时，对输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估。采用本发明的技术方案能够以不同抗风承载状态下的杆塔多元性能指标为导向，充分考虑杆塔在长期运行下可能存在的初始损伤，实现快速、全面的杆塔抗风能力评估。

Description

输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、介质及设备
技术领域
本发明涉及高耸钢结构风振控制技术领域，尤其涉及一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、计算机可读存储介质及终端设备。
背景技术
高耸钢结构广泛用于电力、通信等行业，各种型式的输电线路杆塔是目前我国电力能源输送的主要承力结构，对确保电力供应具有重要的作用。输电线路杆塔作为承载输电线路导地线及自身重量的主要结构，主要采用混凝土电杆、拉索塔、自立式角钢塔、钢管塔等结构型式，其中，自立式角钢塔具有安装、运输方便等显著优势，在输电线路杆塔中的应用最为广泛。
输电线路杆塔长期矗立在野外，运行环境恶劣，风荷载往往是这类高耸塔式结构的控制荷载。输电线路杆塔是一类对风非常敏感的高耸结构，与电视塔、通信塔、烟囱等结构相比，输电线路杆塔的荷载更为复杂，对风荷载异常敏感的生命线工程设施，尤其是在台风、强台风的作用下，输电线路、配电线路极易出现倒塔、掉（断）线、风偏跳闸等严重灾害。不同于地震作用、雪灾等极端灾害，风荷载在输电线路杆塔的建设、运行、检（维）修、改造或拆除等状态中一直存在，是杆塔的准永久性荷载，因此，全面、合理的开展杆塔在风荷载作用下的状态评估，对提高杆塔寿命和设计年限极为重要。
但是，由于导致输电线路杆塔出现灾害的因素众多，且各因素的层次及关联性复杂，现行的杆塔设计、风荷载及钢结构设计等规范无法涵盖杆塔主要的性能指标，导致后续的加固、减振等改造措施无法“对症下药”。而盲目的加固改造，如增大截面法，会加大杆塔的负担，在高风速脉动风或非良态风作用下依然会发生大偏移甚至倒塔的情况。因此，目前亟需一种快速、全面的杆塔抗风能力评估方法。
发明内容
本发明实施例的目的在于，提供一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、计算机可读存储介质及终端设备，以不同抗风承载状态下的杆塔多元性能指标为导向，充分考虑杆塔在长期运行下可能存在的初始损伤，能够实现快速、全面的杆塔抗风能力评估。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法，包括：
利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比；
根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；
当所述静力风致响应评估结果为评估通过时，利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数；
根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果；
当所述风振响应评估结果为评估通过时，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估。
进一步地，所述利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比，具体包括：
利用输电线路杆塔的偏移比计算模型，计算所述输电线路杆塔的整体偏移比Δ；其中，所述偏移比计算模型的计算公式为
Figure SMS_1
，γ 1为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔偏移比安全系数，u为塔顶或塔头横担位置的水平合位移，h为塔顶或塔头横担位置的高度；
利用输电线路杆塔的压屈比计算模型，计算所述输电线路杆塔的杆件压屈比η c；其中，所述压屈比计算模型的计算公式为
Figure SMS_2
，σ为预设风荷载作用下计算得到的杆塔杆件压应力，m为单肢连接的角钢构件的强度折减系数，δ y为杆塔杆件钢材的屈服强度。
进一步地，所述根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果，具体包括：
当所述整体偏移比满足预设的偏移比指标要求，且所述杆件压屈比满足预设的压屈比指标要求时，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估不通过。
进一步地，所述利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数，具体包括：
利用所述输电线路杆塔的倒塌比计算模型，计算所述输电线路杆塔的风险点倒塌比Δc；其中，所述倒塌比计算模型的计算公式为
Figure SMS_3
，γ 2为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔倒塌比安全系数，u c为杆塔风险点的水平合位移，当杆塔风险点位于杆塔上部时，h c为杆塔风险点至杆塔最长腿基础顶面的高度，当杆塔风险点位于杆塔下部时，h c为杆塔风险点至塔顶的高度；
利用所述输电线路杆塔的风振系数计算模型，计算所述输电线路杆塔的风振系数β z；其中，所述风振系数计算模型的计算公式为
Figure SMS_4
，R d为塔顶或塔头横担位置在平均风叠加脉动风作用下的杆塔风振响应的均方根值，R s为塔顶或塔头横担位置在平均风作用下的静态位移响应。
进一步地，所述根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果，具体包括：
当所述风险点倒塌比满足预设的倒塌比指标要求，且所述风振系数满足预设的风振系数指标要求时，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估不通过。
进一步地，所述对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估，具体包括：
获取所述输电线路杆塔的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型；
基于所述杆塔损伤评估模型，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下进行静力风致响应评估和风振响应评估。
进一步地，所述根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型，具体包括：
确定所述输电线路杆塔的损伤杆件；其中，当无法识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将杆件压屈比大于预设压屈比阈值的杆件作为所述损伤杆件，当通过杆塔动力特性和静载作用分析识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将薄弱位置所在的杆件作为所述损伤杆件；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数向所述损伤杆件施加预损伤，并建立杆塔损伤评估模型。
为了实现上述目的，本发明实施例还提供了一种输电线路杆塔的抗风能力评估装置，用于实现上述任一项所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，所述装置包括：
第一层次指标获取模块，用于利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比；
第一层次评估模块，用于根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；
第二层次指标获取模块，用于当所述静力风致响应评估结果为评估通过时，利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数；
第二层次评估模块，用于根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果；
第三层次评估模块，用于当所述风振响应评估结果为评估通过时，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一项所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法。
本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、计算机可读存储介质及终端设备，先利用输电线路杆塔的计算模型获取输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比，并根据整体偏移比和杆件压屈比获取输电线路杆塔的静力风致响应评估结果，当静力风致响应评估结果为评估通过时，再利用输电线路杆塔的计算模型获取输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数，并根据风险点倒塌比和风振系数获取输电线路杆塔的风振响应评估结果，当风振响应评估结果为评估通过时，再对输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估，本发明实施例以不同抗风承载状态下的杆塔多元性能指标为导向，充分考虑杆塔在长期运行下可能存在的初始损伤，能够实现快速、全面的杆塔抗风能力评估。
附图说明
图1是本发明提供的一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法的一个优选实施例的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种输电线路杆塔的典型薄弱位置示意图；
图3（a）至图3（b）是本发明实施例提供的一种单塔荷载施加位置示意图；
图4（a）至图4（c）是本发明实施例提供的一种塔头非线性风致位移时程示意图；
图5（a）至图5（b）是本发明实施例提供的一种不同风向角下杆塔压屈比分布示意图；
图6是本发明提供的一种输电线路杆塔的抗风能力评估装置的一个优选实施例的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法，参见图1所示，是本发明提供的一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法的一个优选实施例的流程图，所述方法包括步骤S11至步骤S15：
步骤S11、利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比；
步骤S12、根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；
步骤S13、当所述静力风致响应评估结果为评估通过时，利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数；
步骤S14、根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果；
步骤S15、当所述风振响应评估结果为评估通过时，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估。
需要说明的是，在进行输电线路杆塔的抗风计算和评估之前，应首先确定杆塔的主要性能指标，以杆塔的性能指标作为评估依据开展抗风计算，并结合动力特性计算或现场检测进行杆塔抗风能力评估。本发明实施例结合杆塔结构和风荷载特点，并根据杆塔典型响应和风灾模式，定义了输电线路杆塔的整体偏移比、杆件压屈比、风险点倒塌比和风振系数这四个性能指标，作为评估输电线路杆塔的抗风能力的多元性能指标，其中，整体偏移比是用来评估杆塔的整体侧移刚度状态的性能指标，杆件压屈比是用来评估杆塔构件局部失稳状态的性能指标，风险点倒塌比是用来评估杆塔的倒塌状态的性能指标，风振系数是用来评估杆塔的动力响应的性能指标。
具体实施时，针对台风多地区的老旧和新建输电线路杆塔，在现场动力特性测试、分析和健康检测的基础上，通过建立相应的杆塔计算模型（为了保证模型的准确性，可以根据现场测试结果对建立好的模型进行修正），从三个层次综合评估输电线路杆塔的抗风性能：
第一层次为：利用输电线路杆塔的计算模型计算输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比，并根据计算获得的整体偏移比和杆件压屈比，对输电线路杆塔进行静力风致响应评估，相应获得输电线路杆塔的静力风致响应评估结果。该层次为在等效平均风和重力荷载作用下，杆塔的杆件承载能力和整体偏移状态的性能的评估，称之为静力风致响应评估。该层次首先采用杆件压屈比来评价塔身杆件承载能力，得到设计风荷载作用下杆塔构件压屈比分布图，以判断局部失稳导致的倒塌风险；其次通过塔顶或横担位置的整体偏移比来判断杆塔在设计风荷载下的侧向刚度水平，以判断其整体失稳风险。根据第一层次的分析评估结果，可以确定杆塔承受设计风荷载的能力，分析失效原因，并依此提出杆塔加固改造措施，如表1所示。
第二层次为：当获得的静力风致响应评估结果为评估通过时，利用输电线路杆塔的计算模型计算输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数，并根据计算获得的风险点倒塌比和风振系数，对输电线路杆塔进行风振响应评估，相应获得输电线路杆塔的风振响应评估结果。该层次主要有两个方面的评估内容。一方面是在第一层次确定的杆件压屈比分布图的基础上，进一步开展设计风荷载和更长重现期风荷载的杆塔静力弹塑性分析或者倒塌分析，通过评估风险点的倒塌比和倒塌失效机制，评估杆塔的极限承载能力和抗倒塌能力；另一方面是开展平均风和脉动风联合作用下的风振时程分析，通过评估杆塔的位移响应的风振系数，确定杆塔在动力作用下的共振失效风险。通过风险点倒塌比和风振系数指标可以分别评估杆塔在极限风荷载下的承载能力和动力稳定性，分析失效原因，并据此进一步提出杆塔加固及风振控制措施，如表1所示。
表1 “三层次评估法”的失效原因和改造、加固及减振措施
Figure SMS_5
第三层次为：当获得的风振响应评估结果为评估通过时，对输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估。该层次是在第一层次和第二层次评估的基础上，通过有效模拟杆塔实际损伤状态，对杆塔承载薄弱环节杆件受到侵蚀和杆件在长期运行状态下预损伤带来的对杆塔承载能力的影响的分析。根据第三层次的分析评估结果，可以分析失效原因，并依此提出杆塔加固改造措施，详见表1所示。
需要说明的是，在完成第一层次的评估的基础上，再进行第二层次的评估，可以更加深入的掌握杆塔的抗风抗倒塌性能和动力性能，第三层次的评估为损伤状况下的评估，即为第一层次和第二层次的评估为理想健康状态下的评估，第三层次的评估可以建立带损伤信息的杆塔模型，重复进行第一层次和第二层次的评估，以更加深入掌握杆塔在不可避免存在缺陷和损伤状况下的抗风性能；第一层次和第二层次侧重评估杆塔理想设计状态下本应具备的抗风能力，而第三层次通过引入薄弱位置的预损伤，能够更加真实的反映杆塔在运行状态下的承载能力和风险状态，提高杆塔抗风能力评估的准确性，对科学评估杆塔的抗风能力具有重要的工程意义。
作为优选方案，所述利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比，具体包括：
利用输电线路杆塔的偏移比计算模型，计算所述输电线路杆塔的整体偏移比Δ；其中，所述偏移比计算模型的计算公式为
Figure SMS_6
，γ 1为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔偏移比安全系数，u为塔顶或塔头横担位置的水平合位移，h为塔顶或塔头横担位置的高度；
利用输电线路杆塔的压屈比计算模型，计算所述输电线路杆塔的杆件压屈比η c；其中，所述压屈比计算模型的计算公式为
Figure SMS_7
，σ为预设风荷载作用下计算得到的杆塔杆件压应力，m为单肢连接的角钢构件的强度折减系数，δ y为杆塔杆件钢材的屈服强度。
针对输电线路杆塔的整体偏移比，根据国内现行规范《110kV-750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）对杆塔的计算挠度规定：杆塔在长期荷载效应组合（无冰、风速5m/s及年平均气温）情况悬垂直线自立式铁塔的计算挠度限限值为3h/1000，耐张塔及终端自立式铁塔的挠度限值为7h/1000，对于大风及极端台风等偶遇气象条件下的铁塔位移限值没有做出具体规定。很显然，在台风等大风工况下，无论是直线塔、耐张塔的塔顶位移将大于长期荷载效应组合，采用现行规范规定的限值，将过于保守。参照《高耸结构设计规范》（GB50135-2019）和《钢结构设计规范》（GB50017-2021），高耸钢结构在罕遇地震时层间位移角限值大于20h/1000时，可以认为结构的部分杆件进入不可逆的塑性状态，定义为失效区间。
在本发明实施例中，利用输电线路杆塔的塔顶或塔身横担位置的水平偏移比来评估杆塔的整体侧移刚度水平，杆塔的整体偏移比Δ可定义为：
Figure SMS_8
，其中，u为评估杆塔在风荷载作用下计算得到的塔顶或塔头横担位置的水平位移，单位为米，h为评估杆塔基础顶面至塔顶或横担位置的高度，单位为米，γ 1为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔偏移比安全系数。在此规定设计风速和极限风速的作用下，杆塔的整体水平侧移刚度水平，详见表2所示。
表2 杆塔整体偏移比Δ限值及整体刚度评估
Figure SMS_9
其中，当杆塔整体偏移值大于20h/1000时，可认为杆塔的整体水平侧移刚度严重不足，需要采取加固措施或者拆除重建，无法承受设计风速及极限风速的作用；当杆塔整体偏移值在20h/1000~10h/100之间时，可认为杆塔的整体水平侧移刚度不足，需要考虑适当的整体加固措施，适当提高杆塔的抗风能力；当杆塔整体偏移值在10h/1000~5h/1000之间时，可认为杆塔具有较好的整体水平侧移刚度，基本满足设计风荷载和极限风荷载下的使用条件；当杆塔整体偏移值小于5h/1000时，可认为杆塔具有很好的整体水平侧移刚度，可满足设计风荷载和极限风荷载下的使用条件。
需要说明的是，由于不同高度杆塔的极限偏移状态不同，同时，不同地区下相同风速的重现期（例如30年一遇、50年一遇、100年一遇等）及风速划分也不同，因此，引入杆塔偏移比安全系数γ 1，来区分不同高度杆塔和风速分区下的偏移比限值，详见表3所示，根据表3可以看出，风速越大，杆塔高度越大，杆塔偏移比安全系数越高，最后计算得到的偏移比也越高，评估标准也越严格（杆塔偏移比安全系数的取值区间可按照风速范围线性插值，杆塔高度不做插值）。
表3 杆塔偏移比安全系数
Figure SMS_10
针对输电线路杆塔的杆件压屈比，在设计风荷载作用下，杆塔杆件压应力过大存在压屈失稳的风险，从而导致局部失稳，引发结构受损甚至在大风工况下出现倒塔现象。为了避免杆件出现压屈失稳的风险，有必要控制输电线路杆塔杆件的压应力。
为了更加直观并且简化计算，本发明实施例定义了杆塔杆件压屈比作为评定输电塔角钢构件的局部失稳的判定，杆件压屈比可定义为：
Figure SMS_11
，其中，σ为评估风荷载作用下计算得到的杆塔杆件的内应力，单位为N/mm2，δ y为杆塔杆件选用钢材品种的屈服强度（是根据钢材材料的基本特性确定的，国标中有明确规定），m为单肢连接的角钢构件的强度折减系数，按照《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2012）可统一取0.85。为了有效评估台风多发地区杆塔抗风性能，针对杆塔的杆件压屈比限值及风险如表4所示。
表4 杆件压屈比η c限值及局部压屈失稳评估
Figure SMS_12
其中，在设计风荷载作用下，塔身主材、斜材压屈比最大值的位置为杆塔压屈失稳的风险点或者风险杆件，进一步以杆件的上节点作为倒塌风险点开展弹塑性分析评估杆塔的整体倒塌风险；设计风荷载作用下，当杆件压屈比小于或等于50%时，认为杆件可承受相应风荷载能力，基本不会出现局部屈曲失稳的可能；设计风荷载作用下，当杆件压屈比位于50%~70%区间内时，认为杆件有较大风险，应采取增大截面法等适当的加固措施降低杆件的压应力或者降低杆件的长细比，降低屈曲失稳的风险；设计风荷载作用下，当杆件压屈比大于或等于70%时，认为杆件失效，应该计算拆除相关杆件计算杆塔的整体偏移比、危险点的倒塌比等性能指标，在上述分析的基础上提出加固改造的建议。
作为优选方案，所述根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果，具体包括：
当所述整体偏移比满足预设的偏移比指标要求，且所述杆件压屈比满足预设的压屈比指标要求时，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估不通过。
具体的，结合上述实施例，在计算获得输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比之后，分别将整体偏移比与偏移比区间进行比较，将杆件压屈比与压屈比区间进行比较，以判断计算获得的整体偏移比落入了哪个偏移比区间内，计算获得的杆件压屈比落入了哪个压屈比区间内，当判定计算获得的整体偏移比满足预设的偏移比指标要求，且计算获得的杆件压屈比满足预设的压屈比指标要求时，相应获得输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估通过，否则，相应获得输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估不通过。
作为优选方案，所述利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数，具体包括：
利用所述输电线路杆塔的倒塌比计算模型，计算所述输电线路杆塔的风险点倒塌比Δc；其中，所述倒塌比计算模型的计算公式为
Figure SMS_13
，γ 2为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔倒塌比安全系数，u c为杆塔风险点的水平合位移，当杆塔风险点位于杆塔上部时，h c为杆塔风险点至杆塔最长腿基础顶面的高度，当杆塔风险点位于杆塔下部时，h c为杆塔风险点至塔顶的高度；
利用所述输电线路杆塔的风振系数计算模型，计算所述输电线路杆塔的风振系数β z；其中，所述风振系数计算模型的计算公式为
Figure SMS_14
，R d为塔顶或塔头横担位置在平均风叠加脉动风作用下的杆塔风振响应的均方根值，R s为塔顶或塔头横担位置在平均风作用下的静态位移响应。
针对输电线路杆塔的风险点倒塌比，假设杆塔在承受设计风速及以上的风荷载作用下，杆件最大压屈比所在位置为杆塔风险点，由杆塔风险点的水平合位移可定义风险点倒塌比为：
Figure SMS_15
，其中，u c为评估杆塔在风荷载作用下计算得到的杆塔风险点位置的水平位移，单位为米，h c的取值有两种情况，令h t为杆塔全高（从杆塔最长腿基础顶面算起），当杆塔风险点位于杆塔上部（即杆塔最大应力杆件位置发生在塔身上部，h c＞h t/2）时，h c为杆塔风险点至杆塔最长腿基础顶面的高度，当杆塔风险点位于杆塔下部（即杆塔最大应力杆件位置发生在塔身下部，h c＜h t/2）时，h c为杆塔风险点至塔顶的高度；γ 2为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔倒塌比安全系数，倒塌比为考虑压杆稳定和屈服位置的偏移比。
由于目前没有风荷载作用下的杆塔倒塌规范，参照《建筑结构抗倒塌设计标准》（T-CECS 392-2021），并结合杆塔的塔高、根开、失稳情况以及偏移比限值定义倒塌比限值及倒塌判定，详见表5所示，超过倒塌比限值则必须采取加固措施防止杆塔在大风荷载下出现整体倒塌现象，其中，表5中的高宽比λ中的高度为杆塔全高h。在计算杆塔风险点位移时，需要采用弹塑性分析方法。
表5 杆塔风险点倒塌比Δc限值及倒塌评估
Figure SMS_16
与输电线路杆塔的整体偏移比相同，不同高度杆塔的极限倒塌状态也不同，为此，引入杆塔倒塌比安全系数γ 2，来区分不同高度杆塔和风速分区下倒塌比限值，详见表6所示，其中，表6只适用于最大压应力杆件出现在杆塔塔身下部时，如果出现在杆塔塔身上部，则倒塌比安全系数全部取1。根据表6可以看出，风速越大，杆塔高度越大，杆塔倒塌比安全系数越高，最后计算得到的倒塌比也越高，评估标准也越严格。
表6 杆塔倒塌比安全系数
Figure SMS_17
针对输电线路杆塔的风振系数，输电线路杆塔作为一种高耸风敏感结构，不仅要验算平均风荷载作用下的极限承载能力和稳定性，脉动风荷载作用下的动力放大效应也是导致杆塔失稳、倒塔的重要因素之一，为了有效评估输电线路杆塔的抗风能力，降低杆塔在风荷载作用下的损伤和倒塌风险，本发明实施例针对不同高度的杆塔提出了杆塔风振动力安全系数（即风振系数），作为杆塔的动力放大效应的评估指标之一。
风振系数β z是指风荷载作用下结构总响应与平均风压引起的结构响应的比值，可以根据输电线路杆塔风振响应时程得到风振系数计算值，定义风振系数为：
Figure SMS_18
，其中，R s为塔顶或塔头横担位置在平均风作用下的静态位移响应，即为等效静力风荷载作用下计算得到的位移值，实际计算时需要考虑导地线风荷载，采用塔线体系或者裸塔计算均可，R d为相同模型条件下，塔顶或塔头横担位置在平均风叠加脉动风时程作用下的杆塔风振响应的均方根值（RMS），即为风速动力时程输入下计算得到的同一点的位移响应的均方根值。
当风振系数β z大于现行《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T5154-2012）中的风荷载调整系数取值时，认为杆塔存在动力放大效应的安全风险，需要采取振动控制措施降低风振放大效应，详见表7所示，风振系数大于表7中的对应限值，表明杆塔存在风振放大效应导致杆塔破坏的风险，需要采取提高减振阻尼控制措施，降低风振响应。
表7 自立式杆塔风振系数及动力失稳评估
Figure SMS_19
作为优选方案，所述根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果，具体包括：
当所述风险点倒塌比满足预设的倒塌比指标要求，且所述风振系数满足预设的风振系数指标要求时，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估不通过。
具体的，结合上述实施例，在计算获得输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数之后，分别将风险点倒塌比与倒塌比区间进行比较，将风振系数与风振系数限值进行比较，以判断计算获得的风险点倒塌比落入了哪个倒塌比区间内，计算获得的风振系数落入了那个限值范围内，当判定计算获得的风险点倒塌比满足预设的倒塌比指标要求，且计算获得的风振系数满足预设的风振系数指标要求时，相应获得输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估通过，否则，相应获得输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估不通过。
作为优选方案，所述对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估，具体包括：
获取所述输电线路杆塔的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型；
基于所述杆塔损伤评估模型，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下进行静力风致响应评估和风振响应评估。
具体的，结合上述实施例，在对输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估时，需要先根据杆塔所在地区、其降雨分区和运行时长获取输电线路杆塔的杆件截面损失率，根据杆塔类型、垂直档距和运行时长获取输电线路杆塔的杆件初弯曲系数，并根据获得的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型，再根据杆塔损伤评估模型，计算杆塔的抗风能力评估指标，以对输电线路杆塔在预损伤工况下进行静力风致响应评估（利用输电线路杆塔在预损伤工况下的整体偏移比和杆件压屈比）和风振响应评估（利用输电线路杆塔在预损伤工况下的风险点倒塌比和风振系数），具体的评估方法与上述实施例相同，这里不再赘述。
需要说明的是，当输电线路杆塔在预损伤工况下的静力风致响应评估不通过时，可以根据损伤确定杆塔的加固方案，同理，当输电线路杆塔在预损伤工况下的风振响应评估不通过时，可以根据损伤确定杆塔的减振方案。
针对输电线路杆塔的杆件截面损失率，沿海或岛屿地区杆塔杆件锈蚀会导致杆件截面损失，同时需要考虑杆塔所在地区的年降雨量。评估时角钢构件锈蚀率按照沿海和内陆进行区分，对应不同锈蚀因子；降雨量分为四个等级，杆塔实际运行年限分为四个等级，通过对应关系可以获得杆件截面损失率，详见表8所示，其中，按照我国气象局的干湿区划分标准，将降雨等级定义为：1）年降雨量800mm以上为潮湿地区；2）年降雨量800~400mm为半湿润地区；3）年降雨量400~200mm为半干旱地区；4）年降雨量200mm以下为干旱地区；此外，60米及以下杆塔均按照设计年限T为50年进行考虑。
表8 杆塔杆件截面损失率（%）
Figure SMS_20
需要说明的是，沿海地区对应的锈蚀因子为1.1，内陆地区对应的锈蚀因子为1.0，在按照表8计算得到锈蚀截面损失划分后，还应按照不同地区乘以对应的锈蚀因子得到最后的截面损失。
针对输电线路杆塔的杆件初弯曲系数，杆塔杆件初弯曲损伤会导致杆件的稳定性能和承载性能下降，角钢构件初弯曲损伤可以按照损伤等级分成A、B、C、D和E五个等级，分别对应杆件中部初弯曲0、1/1000、1/600、1/400和1/200；同时，按照杆塔垂直档距和运行年限划分初弯曲系数，并根据直线塔和耐张塔进一步划分，对应不同弯曲放大系数，详见表9所示。
表9 杆塔杆件中部初弯曲系数
Figure SMS_21
作为优选方案，所述根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型，具体包括：
确定所述输电线路杆塔的损伤杆件；其中，当无法识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将杆件压屈比大于预设压屈比阈值的杆件作为所述损伤杆件，当通过杆塔动力特性和静载作用分析识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将薄弱位置所在的杆件作为所述损伤杆件；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数向所述损伤杆件施加预损伤，并建立杆塔损伤评估模型。
具体的，结合上述实施例，在根据获得的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型时，可以先确定输电线路杆塔的损伤杆件，其中，当无法识别出输电线路杆塔的薄弱位置时，将杆件压屈比大于预设压屈比阈值的杆件作为损伤杆件，当通过杆塔动力特性和静载作用分析识别出输电线路杆塔的薄弱位置时，将薄弱位置所在的杆件作为损伤杆件；再根据获得的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数向损伤杆件施加预损伤，并建立对应的杆塔损伤评估模型。
示例性的，损伤杆件的确定可以采用以下两种方式：
（1）当无法有效识别到杆塔典型薄弱位置时，可以根据静力风载下杆塔杆件（主材、斜材）压屈比分布图选定预损伤杆件，即，选择压屈比大于50%的杆件作为损伤杆件，并施加表8和表9所示的预损伤，建立对应的杆塔损伤评估模型，以评估不同损伤工况下的抗风性能；
（2）当通过杆塔动力特性和静载作用下的分析，可明显得到杆塔的典型薄弱位置时，可针对评估杆塔的薄弱位置的主要杆件实施预损伤。从台风多发地区输电线路杆塔的倒塔灾害教训经验可知，杆塔倒塌往往发生在塔腿横隔面上部3~9m的塔身节段内（如图2所示），该节段往往承受较大的弯矩荷载，往往为输电线路杆塔的倒塌薄弱环节。在开展损伤评估时，可仅对杆塔的塔腿横隔面上部塔身2~3个交叉斜材段的主材和斜材进行预损设计，将薄弱位置的所有主材和斜材按照表8和表9所示的预损伤设计建立杆塔损伤评估模型，通过计算杆塔的抗风能力评估性能指标，评估各损伤工况下的杆塔抗风能力及损伤状态对杆塔抗风能力的影响。
现有技术提供的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，一般借鉴现行杆塔设计或钢结构设计规范，根据荷载设计水平并考虑杆塔结构的安全系数进行评估，主要地评估方法为：根据杆塔设计风速进行静力计算，考察杆塔最大风偏或主材最大应力是否满足规范设计要求，这种根据规范开展的抗风能力评估可能存在以下问题：
（1）没有考虑杆塔的动力特性开展动力计算，仅是在静力风荷载的基础上乘以风荷载调整系数，本质还是静力计算，忽略了脉动风导致的共振响应部分；
（2）没有考虑杆塔的倒塌极限状态，杆塔的风致倒塌位置并不是塔腿位置，而是塔腿上部1-2层节间段，此处应是主材受力及屈曲的最主要的考察点；
（3）没有充分考虑杆塔类型和荷载特点，以及不同地区运行情况，如风速分区、地形环境特点。
准确评估既有杆塔的抗风性能可为后续的杆塔检修指明目标，同时可为加固减振等措施的开展提供的初始参数，但由于导致输电线路杆塔风致偏移和倒塌等灾害的因素很多，如杆塔整体和局部刚度、动力特性、根开尺寸、水平及垂直档距等等，各个因素存在层次关联，对应杆塔不同位置的承载状态，为此，目前亟需形成一种快速、全面的杆塔抗风评估方法。
本发明实施例以不同抗风承载状态下的杆塔多元性能指标为导向，充分考虑杆塔在长期运行下可能存在的初始损伤，提出了一种适用性较强的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，能够实现快速、全面的杆塔抗风能力评估，与现有技术相比，主要具有以下有益效果：
（1）破解了传统评估方法没有考虑脉动风实际效应的弊端，充分考虑不同地区杆塔输入特点、运行环境及可能存在的初始损伤，且多元性能指标可适用于所有类型杆塔，具有层次顺序关系；
（2）充分参考现行杆塔、风荷载及钢结构等规范的设计要求，并根据杆塔特征，合理设置评估阈值，适用于包括小风速、台风、极端风等风荷载条件；
（3）实施流程简单，荷载、风速、工程需求性能目标等边界条件设置明确，可为杆塔运维、检修及加固减振等措施提供指导，适合大面积推广，对输电线路杆塔抗风能力的提升、减少因杆塔风载导致经济损失具有重大意义。
下面结合上述所有实施例以及实际应用场景，对本发明实施例所提供的杆塔抗风能力评估方案进行具体说明：
待评估的输电线路杆塔选用的是330kV的直线跨越塔，原设计条件为：正常运行工况最大风速为30m/s，气温为-5℃，按照双分裂导线2×LGJQ300，双地线GJ-50设计，导、地线最大使用应力分别为100N/mm2、340N/mm2，在上述设计条件下设计使用档距L≤1000m，垂直档距L V≤1200m，水平档距L H≤600m。因某地区实际使用的跨越段选用的导地线截面规格小于原设计使用条件，按照工程所在地风速V 15=40m/s复核选用，折算到V 10=37m/s。工程从2007年投运至2020年近13年，经历了多次强台风作用。
杆塔全高为46.95m，呼称高为40m，杆塔根开为6680×4283mm。塔结构类型为角钢塔，是典型的空间杆系结构，杆塔塔身主材为Q345钢，其余斜材、辅材等支撑杆件为Q235钢，其中，Q345、Q235钢屈服强度分别按310MPa、210MPa计算，导、地线的设计参数详见表10所示。杆塔水平档距L H=682m，垂直档距L V=552m；按照杆塔所在地区风区图，考虑运行年限为50年，可取50年一遇的设计风速V 10=41m/s进行评估。杆塔所在地区为海岛地区，应用本发明实施例时的评估条件及参数如表11所示。
表10 导、地线参数一览表
Figure SMS_22
表11 评估条件及参数
Figure SMS_23
采用大型有限元软件ANSYS建立杆塔塔线体系的有限元评估分析模型，其中，建模时采用Beaml88三维梁单元模拟，梁单元方向与实际角钢布置方向一致，计算时考虑材料本构采用双线性模。
在工程评估时，为了简化计算并节约计算资源，可以采用裸塔进行分析评估，此时，导、地线简化为等效质量，导、地线风荷载施加在输电塔横担和顶部的导、地线挂点处，不考虑导地线和输电塔的耦合效应。本次评估主要以静力风载分析、模态分析和风振分析为主，分别考虑无损条件、单一受损下和多种损伤工况混合，分析单塔的承载能力和局部稳定性。塔身和导线风荷载离散到塔身个横担导线挂点上，并考虑风荷载调整系数，单塔荷载施加点位置如图3（a）至图3（b）所示，其中，图3（a）为90°风施加点，图3（b）为0°风施加点。
为了解杆塔动力特性，用ANSYS分别计算了杆塔前五阶模态参数，杆塔的主振型为顺线路方向振动、横线路方向振动和整体扭转，其中，顺线路方向自振频率较小，前两阶弯曲模态频率分别为1.54Hz和6.37Hz，横线路方向前两阶弯曲模态频率分别为2.12Hz和8.26Hz。
（1）第一层次评估
按照现行规范计算杆塔和导、地线静力风荷载，分别按0°、45°、90°风向角进行荷载分配，并开展了静力分析，得到V 10=41m/s大风工况下杆塔的压屈比和偏移比。
（1.1）设计风荷载下压屈比
表12为设计风荷载作用下杆塔压屈比，从表12中可以看出，杆塔在0°、45°和90°三个方向的静力风作用下均会发生主材的压屈失稳，位置均在塔腿横隔面上部的塔身节段内，其中，45°风会在更上部位置处发生屈曲（11m处）；而斜材、辅助材及横隔面的压屈比很小，基本稳定在0.15以内，不会首先发生压屈失稳。
表12 设计风荷载作用下杆塔压屈比
Figure SMS_24
（1.2）设计风荷载下偏移比
表13为设计风荷载作用下杆塔偏移比，从表13中可以看出，杆塔在45°和90°的风作用下的偏移比也逼近了1/100，大于0°风工况，杆塔在横线路方向的侧移刚度应适当加强。
表13 设计风荷载作用下杆塔偏移比
Figure SMS_25
（2）第二层次评估
根据评估风速要求开展杆塔弹塑性时程分析，得到三个风向角下塔头的非线性位移时程，以及杆塔不同高度处受压侧杆件最大应力分布图，如图4（a）至图4（c）和图5（a）至图5（b）所示；其中，图4（a）表示0°水平位移，图4（b）表示45°水平合位移，图4（c）表示90°水平位移，图5（a）表示主材角钢受力特点，图5（b）表示压屈比分布。
根据图4（a）至图4（c）可知，在0°和90°风向角作用下，杆塔进入稳态响应后的摆动幅度较大，而在45°风向角作用下的稳态摆动较为平稳。风振系数也按照图中数据计算。同时，根据图5（a）可知，45°风作用下主材的角钢是轴对称受力，截面吃力性能最为稳定，而在0°和90°风向角作用下主材为偏心受力，此时“L”型截面不再是单纯的弯曲变形，而是弯扭变形，压应力较大处易发生局部的翘曲，发生失稳；根据图5（b）可知，杆件压屈比小于50%的区域，即不会发生压屈的杆件高度为19m~46.95m，精确范围为塔高的40%处至全高范围内；杆件压屈比范围为50%~70%的区域，为发生压屈的杆件临界高度区域，精确范围为塔高的25%~60%处；杆件压屈比范围大于70%的区域，为发生压屈的杆件高度区域，精确范围为塔高的10%~30%处，为此，后续可按照杆件压屈比范围大于70%的区域的压杆位置计算倒塌比。
（2.1）倒塌风险评估
表14为脉动风荷载作用下杆塔倒塌比，从表14中可以看出，杆塔在45°和90°脉动风作用下倒塌比较大，超过或逼近倒塌比限值（1/50）。
表14 脉动风荷载作用下杆塔倒塌比
Figure SMS_26
（2.2）动力稳定性评估
表15为脉动风荷载作用下杆塔风振系数，从表15中可以看出，杆塔在45°和90°脉动风作用下横担和塔顶的风振系数较大，超过风振系数限值（1.50）及杆塔设计规范中风荷载调整系数（1.456）。同时，根据风振系数的定义，当风振系数小于2时，此时杆塔依然由静力风荷载控制；当风振系数大于2时，杆塔的共振响应已经超过静力响应，此时需要对杆塔进行整体风振控制，避免脉动风造成杆塔过大的共振响应。
表15 脉动风荷载作用下杆塔风振系数
Figure SMS_27
（3）第三次评估
参照压屈比分布图，选取塔高的10%~30%处作为主材削减对象，即4m~10m整段的四根主材。按照杆塔评估参数可得到塔身构件锈蚀导致的锈蚀截面损伤工况见表16所示，主材初弯曲工况见表17所示，初弯曲施加在主材每个计算长度的中点位置，施加方向均为平面内（荷载方向），基于此，截面损伤工况下杆塔压屈比见表18所示，截面损伤工况下杆塔偏移比见表19所示，截面损伤工况下杆塔倒塌比见表20所示，截面损伤工况下杆塔塔顶风振系数见表21所示。
表16 杆塔塔身构件锈蚀截面损失工况设计
Figure SMS_28
表17 杆塔塔身构件初弯曲工况设计
Figure SMS_29
表18 截面损伤工况下杆塔压屈比
Figure SMS_30
表19 截面损伤工况下杆塔偏移比
Figure SMS_31
表20 截面损伤工况下杆塔倒塌比
Figure SMS_32
表21 截面损伤工况下杆塔塔顶风振系数
Figure SMS_33
（4）评估结果
杆塔未能通过第一层次、第二层次和第三层次的评估，其主要评估结果如下：
（4.1）杆塔未能通过第一层次评估的原因主要为：杆塔本身设计忽略了大风工况下的横线路方向的导、地线荷载，导致主材的截面尺寸偏小，杆塔整体刚度较小，所以，在不考虑杆塔动力效应和塔线耦合的情况下，可以通过增大截面法对主材进行加固。
（4.2）杆塔未能通过第二层次评估的原因，除了横线路方向的导、地线荷载过大之外，还存在杆塔根开较小，且横担较长的问题，塔高为46.95米的杆塔根开仅为6.680m×4.283m，整体刚度较小的同时，结构更为高耸，高宽比λ为10.8，同时，由于杆塔的风振系数较大，所以应考虑脉动风导致的杆塔共振效应，在对杆塔的减振加固措施中，不建议直接采取增大截面法进行加固，因为过大的质量会放大塔身的动力效应，因此，建议采取塔身减振加固措施。
（4.3）由于杆塔未能通过第一层次和第二层次的评估，对于第三层次中的截面削减和带初始弯曲的杆塔也无法通过评估。杆塔所在地区处于沿海的湿润地区，年降雨量在1404.5~2047.5mm之间，杆塔在设计年限内会发生局部杆件锈蚀；同时，大跨越不平衡档距也会导致直线塔在设计年限内发生杆件的微小初弯曲应变，而这些往往肉眼难以观察，建议开展杆塔的结构状态的长期动态监测。
本发明实施例还提供了一种输电线路杆塔的抗风能力评估装置，用于实现上述任一实施例所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，参见图6所示，是本发明提供的一种输电线路杆塔的抗风能力评估装置的一个优选实施例的结构框图，所述装置包括：
第一层次指标获取模块11，用于利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比；
第一层次评估模块12，用于根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；
第二层次指标获取模块13，用于当所述静力风致响应评估结果为评估通过时，利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数；
第二层次评估模块14，用于根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果；
第三层次评估模块15，用于当所述风振响应评估结果为评估通过时，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估。
优选地，所述第一层次指标获取模块11具体包括：
偏移比指标计算单元，用于利用输电线路杆塔的偏移比计算模型，计算所述输电线路杆塔的整体偏移比Δ；其中，所述偏移比计算模型的计算公式为
Figure SMS_34
，γ 1为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔偏移比安全系数，u为塔顶或塔头横担位置的水平合位移，h为塔顶或塔头横担位置的高度；
压屈比指标计算单元，用于利用输电线路杆塔的压屈比计算模型，计算所述输电线路杆塔的杆件压屈比η c；其中，所述压屈比计算模型的计算公式为
Figure SMS_35
，σ为预设风荷载作用下计算得到的杆塔杆件压应力，m为单肢连接的角钢构件的强度折减系数，δ y为杆塔杆件钢材的屈服强度。
优选地，所述第一层次评估模块12具体用于：
当所述整体偏移比满足预设的偏移比指标要求，且所述杆件压屈比满足预设的压屈比指标要求时，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估不通过。
优选地，所述第二层次指标获取模块13具体包括：
倒塌比指标计算单元，用于利用所述输电线路杆塔的倒塌比计算模型，计算所述输电线路杆塔的风险点倒塌比Δc；其中，所述倒塌比计算模型的计算公式为
Figure SMS_36
，γ 2为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔倒塌比安全系数，u c为杆塔风险点的水平合位移，当杆塔风险点位于杆塔上部时，h c为杆塔风险点至杆塔最长腿基础顶面的高度，当杆塔风险点位于杆塔下部时，h c为杆塔风险点至塔顶的高度；
风振系数指标计算单元，用于利用所述输电线路杆塔的风振系数计算模型，计算所述输电线路杆塔的风振系数β z；其中，所述风振系数计算模型的计算公式为
Figure SMS_37
，R d为塔顶或塔头横担位置在平均风叠加脉动风作用下的杆塔风振响应的均方根值，R s为塔顶或塔头横担位置在平均风作用下的静态位移响应。
优选地，所述第二层次评估模块14具体用于：
当所述风险点倒塌比满足预设的倒塌比指标要求，且所述风振系数满足预设的风振系数指标要求时，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估不通过。
优选地，所述第三层次评估模块15具体包括：
损伤工况指标获取单元，用于获取所述输电线路杆塔的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数；
损伤评估模型建立单元，用于根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型；
第三层次评估单元，用于基于所述杆塔损伤评估模型，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下进行静力风致响应评估和风振响应评估。
优选地，所述损伤评估模型建立单元具体用于：
确定所述输电线路杆塔的损伤杆件；其中，当无法识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将杆件压屈比大于预设压屈比阈值的杆件作为所述损伤杆件，当通过杆塔动力特性和静载作用分析识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将薄弱位置所在的杆件作为所述损伤杆件；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数向所述损伤杆件施加预损伤，并建立杆塔损伤评估模型。
需要说明的是，本发明实施例所提供的一种输电线路杆塔的抗风能力评估装置，能够实现上述任一实施例所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法的所有流程，装置中的各个模块、单元的作用以及实现的技术效果分别与上述实施例所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法的作用以及实现的技术效果对应相同，这里不再赘述。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行上述任一实施例所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法。
本发明实施例还提供了一种终端设备，所述终端设备包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法。
优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元（如计算机程序1、计算机程序2、……），所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元（Central Processing Unit，CPU），还可以是其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器也可以是任何常规的处理器，所述处理器是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。
所述存储器主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡（SmartMedia Card，SMC）、安全数字（Secure Digital，SD）卡和闪存卡（Flash Card）等，或所述存储器也可以是其他易失性固态存储器件。
需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，上述内容并不构成对终端设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。
综上，本发明实施例所提供的一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法、装置、计算机可读存储介质及终端设备，以不同抗风承载状态下的杆塔多元性能指标为导向，充分考虑杆塔在长期运行下可能存在的初始损伤，提出了一种适用性较强的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，能够实现快速、全面的杆塔抗风能力评估，与现有技术相比，主要具有以下有益效果：
（1）破解了传统评估方法没有考虑脉动风实际效应的弊端，充分考虑不同地区杆塔输入特点、运行环境及可能存在的初始损伤，且多元性能指标可适用于所有类型杆塔，具有层次顺序关系；
（2）充分参考现行杆塔、风荷载及钢结构等规范的设计要求，并根据杆塔特征，合理设置评估阈值，适用于包括小风速、台风、极端风等风荷载条件；
（3）实施流程简单，荷载、风速、工程需求性能目标等边界条件设置明确，可为杆塔运维、检修及加固减振等措施提供指导，适合大面积推广，对输电线路杆塔抗风能力的提升、减少因杆塔风载导致经济损失具有重大意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种输电线路杆塔的抗风能力评估方法，其特征在于，包括：
利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比；
根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；
当所述静力风致响应评估结果为评估通过时，利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数；
根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果；
当所述风振响应评估结果为评估通过时，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估；
所述对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估，具体包括：
获取所述输电线路杆塔的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型；
基于所述杆塔损伤评估模型，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下进行静力风致响应评估和风振响应评估。
2.如权利要求1所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，其特征在于，所述利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比，具体包括：
利用输电线路杆塔的偏移比计算模型，计算所述输电线路杆塔的整体偏移比Δ；其中，所述偏移比计算模型的计算公式为
Figure QLYQS_1
，γ 1为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔偏移比安全系数，u为塔顶或塔头横担位置的水平合位移，h为塔顶或塔头横担位置的高度；
利用输电线路杆塔的压屈比计算模型，计算所述输电线路杆塔的杆件压屈比η c；其中，所述压屈比计算模型的计算公式为
Figure QLYQS_2
，σ为预设风荷载作用下计算得到的杆塔杆件压应力，m为单肢连接的角钢构件的强度折减系数，δ y为杆塔杆件钢材的屈服强度。
3.如权利要求1所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，其特征在于，所述根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果，具体包括：
当所述整体偏移比满足预设的偏移比指标要求，且所述杆件压屈比满足预设的压屈比指标要求时，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的静力风响应评估结果为评估不通过。
4.如权利要求1所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，其特征在于，所述利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数，具体包括：
利用所述输电线路杆塔的倒塌比计算模型，计算所述输电线路杆塔的风险点倒塌比Δc；其中，所述倒塌比计算模型的计算公式为
Figure QLYQS_3
，γ 2为考虑杆塔高度和杆塔所在风速分区的杆塔倒塌比安全系数，u c为杆塔风险点的水平合位移，当杆塔风险点位于杆塔上部时，h c为杆塔风险点至杆塔最长腿基础顶面的高度，当杆塔风险点位于杆塔下部时，h c为杆塔风险点至塔顶的高度；
利用所述输电线路杆塔的风振系数计算模型，计算所述输电线路杆塔的风振系数β z；其中，所述风振系数计算模型的计算公式为
Figure QLYQS_4
，R d为塔顶或塔头横担位置在平均风叠加脉动风作用下的杆塔风振响应的均方根值，R s为塔顶或塔头横担位置在平均风作用下的静态位移响应。
5.如权利要求1所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，其特征在于，所述根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果，具体包括：
当所述风险点倒塌比满足预设的倒塌比指标要求，且所述风振系数满足预设的风振系数指标要求时，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估通过，否则，获得所述输电线路杆塔的风振响应评估结果为评估不通过。
6.如权利要求1所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，其特征在于，所述根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型，具体包括：
确定所述输电线路杆塔的损伤杆件；其中，当无法识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将杆件压屈比大于预设压屈比阈值的杆件作为所述损伤杆件，当通过杆塔动力特性和静载作用分析识别出所述输电线路杆塔的薄弱位置时，将薄弱位置所在的杆件作为所述损伤杆件；
根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数向所述损伤杆件施加预损伤，并建立杆塔损伤评估模型。
7.一种输电线路杆塔的抗风能力评估装置，其特征在于，用于实现如权利要求1~6中任一项所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法，所述装置包括：
第一层次指标获取模块，用于利用输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的整体偏移比和杆件压屈比；
第一层次评估模块，用于根据所述整体偏移比和所述杆件压屈比，获取所述输电线路杆塔的静力风致响应评估结果；
第二层次指标获取模块，用于当所述静力风致响应评估结果为评估通过时，利用所述输电线路杆塔的计算模型获取所述输电线路杆塔的风险点倒塌比和风振系数；
第二层次评估模块，用于根据所述风险点倒塌比和所述风振系数，获取所述输电线路杆塔的风振响应评估结果；
第三层次评估模块，用于当所述风振响应评估结果为评估通过时，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下的抗风能力进行评估；
所述第三层次评估模块具体包括：
损伤工况指标获取单元，用于获取所述输电线路杆塔的杆件截面损失率和杆件初弯曲系数；
损伤评估模型建立单元，用于根据所述杆件截面损失率和所述杆件初弯曲系数建立杆塔损伤评估模型；
第三层次评估单元，用于基于所述杆塔损伤评估模型，对所述输电线路杆塔在预损伤工况下进行静力风致响应评估和风振响应评估。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序；其中，所述计算机程序在运行时控制所述计算机可读存储介质所在的设备执行如权利要求1~6中任一项所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法。
9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现如权利要求1~6中任一项所述的输电线路杆塔的抗风能力评估方法。
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