氯离子腐蚀对滨海地区输电塔结构风振响应的影响研究

作     者：李利孝 荣祥熙 李强 古俊等 刘世增 周海俊 Lixiao Li;Xiangxi Rong;Qiang Li;Jundeng Gu;Shizeng Liu;Haijun Zhou

作者机构：深圳大学土木与交通工程学院广东深圳518060 南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局云南大理671014 

出 版 物：《钢结构（中英文）》 (Steel Construction（Chinese & English）)

年 卷 期：2023年第38卷第2期

页      面：32-40页

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金面上项目(52178491) 广东省自然科学基金面上项目(2021A1515011769) 深圳市自然科学基金面上项目(JCYJ20210324093809023) 

主　　题：氯离子腐蚀 输电塔结构 性能退化 风振响应 

摘      要：滨海地区的输电塔结构长期遭受海洋腐蚀性大气环境的侵蚀,其构件有效承载面积因腐蚀而削减,力学性能逐渐降低;长期的环境腐蚀与滨海强风耦合作用下,输电塔结构的服役安全性及耐久性受到了严重威胁。为了准确刻画长期氯离子侵蚀对滨海输电塔线结构体系风致动力响应的影响机制,首先在实验室对输电塔角钢进行盐雾加速腐蚀试验,腐蚀时长分别设定为0,800,1600,2400 h;之后利用腐蚀后角钢制作拉伸试件并采用MTS试验机对其进行力学性能试验,探究腐蚀对角钢截面损失率以及力学性能退化的影响规律,构建腐蚀时长(截面损失率)与角钢力学性能参数的回归模型;最后基于修正的二次溯流模型来刻画腐蚀后角钢的本构模型,并采用SAP 2000有限元分析软件建立考虑腐蚀影响的输电塔结构有限元分析模型,开展输电塔线结构体系风振响应分析,探究滨海氯离子侵蚀对输电塔结构风振响应的影响机制。研究结果表明:随着氯离子侵蚀时间的增加,角钢力学性能呈逐渐下降趋势,在腐蚀时长为800 h时,极限强度退化率与屈服强度退化率分别为4.00%与3.01%,伸长率和弹性模量则分别下降了5.33%和7.02%;当腐蚀时长达到2400 h后,极限强度退化率与屈服强度退化率相较于未腐蚀工况分别达到16.49%和15.22%,下降幅度显著,伸长率和弹性模量下降幅值分别达到9.74%与14.33%。通过对输电塔结构的动力分析发现,随着腐蚀累积,输电塔结构的自振频率呈逐渐下降趋势,在腐蚀时长达2400 h时,输电塔结构的一阶自振频率相较于未腐蚀前下降了4.08%,且腐蚀对输电塔结构的高阶频率影响更加显著;对应于3种腐蚀工况(腐蚀时长分别为800,1600,2400 h)的输电塔结构风振位移响应和塔身杆件应力呈逐渐增加趋势,腐蚀时长达到2400 h时,塔身顶部最大位移已达0.466 m,较未腐蚀工况时塔身顶部位移增幅达9.8%,杆件应力最大增幅达5.1%;4种工况在同一风荷载作用下最大应力值与其对应腐蚀时长下的屈服强度比分别为0.52、0.55、0.58和0.60。