倒塌分析输电塔受到地震地面运动

文摘

输电塔的崩溃涉及一系列复杂的问题,包括几何非线性、材料非线性、动态非线性和失败的成员。模拟过程的崩溃很难使用传统有限元方法(FEM),这是产生连续变分原理,而有限颗粒法(FPM)实施平衡每个点。粒子可以自由独立的,这是有利的仿真结构崩溃。本文采用有限颗粒法(FPM)来模拟传输的崩溃下钢塔地震地面运动;三维(3 d)有限粒子模型使用MATLAB和使用ANSYS三维有限元模型的传输建立了钢塔,分别。和静态弹性地震反应分析表明,FPM同意的结果与有限元法。模拟传输钢塔的崩溃,一个故障判据的基础上,提出了理想弹塑性模型和失效模式。最后,倒塌模拟传输钢塔受到单向地震地面运动和地震脆弱性分析可以使用有限颗粒法成功地进行了。结果表明,传播钢塔具有更好的抗震安全性能和anticollapse能力。

1。介绍

分解或崩溃的输电塔在地震中很常见。在美国,兰德斯地震在1992年和1994年北岭地震严重破坏传输系统,分别为(1]。1955年在日本神户地震造成的破坏大量的输电塔的主要失效模式是基础的沉降、倾斜的塔,和结构部件的抗压屈服2]。科喀艾里地震1999年在土耳其也引发了山体滑坡、断层,和地球表面的破裂,从而损害相当数量的输电塔(3]。此外,输电线路也于2008年在中国汶川地震(4- - - - - -6]。图1描绘了输电塔在地震中坍塌。

输电塔的地震动力反应涉及最初解决力学模型,及其分析包括许多非线性问题,如动态非线性、几何非线性和材料非线性。Kempner et al。7]分析了输电塔的结构采用空间框架模型和空间桁架模型,发现45米高的输电杆塔的阻尼比变化在0.015和0.04之间。与此同时,Kitipornchai et al。8,9和温顺等。10,11)建立了一个空间刚架模型分析输电塔的相关性。他们推导出考虑初始应力的单元刚度矩阵,初始变形和几何。数值模拟的结果高度一致的结构测试,大大提高了计算效率。Yasui et al。12)建立了一个有限元模型通过使用梁单元和桁架元素进行了动态响应分析自营和牵拉引起的输电塔风载,分别和导体和绝缘体的质量集中到手臂或节点的有限元模型。

林等。13)利用有限元软件ABAQUS,开发一个基于生灭的想法子程序元素来模拟输电塔受到一维的进步崩溃和三维地震,分别。输电塔的薄弱部分进行了分析。他们得出的结论是,输电塔是三维地震作用下更容易崩溃。三个主要方法可以用来分析结构逐步崩溃:理论分析、试验研究和数值模拟。考虑到结构的崩溃过程涉及很多复杂的非线性情况下,理论分析是困难的,不能准确评估结构破坏机制。此外,进行结构崩溃测试是昂贵的和危险的,实验过程难以控制。因此,数值模拟方法被广泛采用的崩溃过程结构。目前,模拟结构崩溃的主要方法可以概括如下。有限元法(FEM):首先,根据结构离散变分原理和连续介质力学的理论。接下来,每个离散单元的单元刚度矩阵。那么全球形成刚度矩阵。最后,解决结构分析是由运动方程。如果涉及大变形和非线性问题,有限元法可以导致计算结果的收敛性问题。因此,特殊处理措施需要控制的崩溃过程中强烈的非线性行为结构。需要其他方法来解决不连续的问题,如骨折和碰撞14- - - - - -16]。数值模拟结构的崩溃过程通常是基于显式有限元程序的集成。目前,一些有限元软件包,如LS-DYNA、有限元分析/显式和MSC-MARC,可以用来模拟结构崩溃。离散单元法(DEM):根据牛顿力学,采用显式时间积分求解控制方程和不连续问题涉及元素之间的接触和碰撞。近年来,学者们应用DEM模拟的结构崩溃脆性材料,如混凝土结构(17,18]。然而,民主党主要用于模拟颗粒材料。当应用DEM模拟大型3 d空间结构,建模过程更为复杂和分析需要一个过度大量的计算;此外,计算结果也不准确。有限颗粒法(FPM): FPM提出了Ting et al。19,20.]。在空间功能,结构离散为有限数目的粒子质量元素连接到另一个。在时间函数,结构运动过程分为有限的时间元素称为路径元素,运动方程的建立和运用牛顿第二定律解决每个粒子。因此,整个结构力学行为可以通过这种方法被描述。作为一个粒子方法,可以添加或删除粒子和FPM元素,这是很重要的仿真结构崩溃。特别,不需要迭代遵循非线性规律,也没有形成全球矩阵。

这项工作的目标是建立一个通用有限颗粒法框架模拟传输钢塔的崩溃过程,包括结构的离散化,粒子的运动方程,内力计算,明确时间集成和解决方案。本研究进行的倒塌模拟传输钢塔模型基于FPM。三维有限粒子模型的传输钢塔在MATLAB开发的。输电杆塔的静态和弹性地震反应分析和计算的结果进行FPM同意与有限元法,分别。基于理想弹塑性模型的故障判据和失效模式。最后,倒塌模拟传输钢塔受到单向和三维地震地面运动可以成功地使用了有限质点法。

2。描述有限质点法

FPM有三个基本概念:点值描述的路径元素,和虚拟扭转运动。在太空中,粒子的结构离散为若干点值描述。随着时间的推移,运动过程分为若干时期通过元素的路径。此外,元素的内力可以通过虚拟计算扭转运动。最后,结构系统的力学行为可以准确地描述FPM。

2.1。桁架结构的离散化

结构分析主要是用于研究结构属性,如变形、内力和位移,当结构承受外行动。结构的基本元素FPM粒子,和质量,空间位置,内力和变形粒子的粒子(图所描述的属性2)。然而,元素并不是用来描述结构但代表两个粒子之间的拓扑关系。和元素没有质量,相当于粒子。

2.2。建立桁架结构的运动方程

结构的运动过程是空间和时间的函数。FPM,粒子的运动过程划分为若干小的时间步长和运动的粒子同时满足控制方程。运动的粒子在小时间步称为路径元素,这是应用于模拟结构的实际运动。在路径元素,结构空间中粒子的数量和质量,连接,和机械性能的元素,位移约束将保持不变。但是,它只能被改变路径元素之间如骨折、产量、结构成员的和碰撞。

点值描述和路径元素,结构运动的时间和空间可以相当于在小的时间步,粒子的运动,这种运动遵循牛顿第二定律。因此,粒子的运动方程可以建立每个路径元素使用牛顿第二定律。对于空间桁架结构,粒子的位移可以分解为三个平移自由度。为了使用FPM进行地震响应分析,加速时间历史记录对上部结构的粒子。因此,粒子的运动方程可以表示为遭受地震 在哪里等效质量的粒子,是粒子的位移矢量, 相当于外力矢量作用于粒子, 相当于内力矢量元素与施加的粒子, 阻尼力, 地震作用时结构遭受地震地面运动。

在(1),表示为阻尼力 在哪里阻尼因子是一样的定义在动态松弛法(21,结构阻尼。粒子的速度矢量。

地震作用的影响类似于外力,可以计算和地震作用 在哪里三维地震地面加速度。

2.3。内力计算的酒吧元素

元素的内力之间的关系和粒子位置应该为了解决准确描述结构变形。然而,酒吧元素的内力只有纯变形的相对位置有关。FPM,虚拟反向运动是利用计算内力的酒吧元素。因为内力(轴向力)有关酒吧元素的变形,有必要消除刚体平移和旋转的相对位移。路径元素假设栏元素有虚拟反向翻译和虚拟反向旋转获得其纯变形(图3)。

段时间被认为是非常小,变形在时间步是无穷小。所以,工程应力应变可以用来计算桁架的内力酒吧(22]。酒吧元素,其变形只是杆长度的变化有关,和增量变形的酒吧。 在哪里和元素1 - 2在时间的长度吗和 ,分别为,方向向量元素的时间吗 。

酒吧元素的内力(轴向力)可以表示为 在哪里和轴向力和轴向应力的酒吧元素1 - 2时间吗 ,分别;是酒吧的增量式轴向力元素1 - 2在时间吗 ; 和杨氏模量和部分地区的酒吧元素1 - 2,分别。

根据静力平衡条件 当轴向力在虚拟位置获得,让酒吧元素强加一个旋转和一个翻译回到原来的位置(图4)。在这个过程中,只有元素轴向力的方向改变,和内力的酒吧元素可以确定 在哪里和粒子的内力吗和 ,分别。

最后,可以得到粒子的内力的总和所有杆的轴力元素连接到它。

2.4。粒子运动方程的解决方案

运动方程的隐式时间集成解决方案需要迭代,计算过程是复杂的,可能不收敛问题。FPM,采用显式时间积分解决粒子运动方程。显式时间积分的优势在于有一个简洁的公式和不需要迭代。

根据中央差分法(图5),粒子的速度和粒子的加速可以表示为

用(9)(1),粒子的不同计算公式在地震地面运动可以得到如下:

因此,可以从差异计算 以循序渐进的方式使用(9),以及相应的粒子结构的位移可以解决在每个时间步;最后,可以描述结构的行为。

2.5。计算程序

桁架结构的计算程序使用FPM见下面的步骤。

步骤1。在时间的第一步, ,结构分散成有限粒子,确定结构计算的初始条件,定义和粒子之间的拓扑关系,称为元素的连接。

步骤2。当 ,计算位移值在每个粒子的初始位移根据(5)。

步骤3。在任何时间步, 、更新所有粒子的位置,定义特殊约束点,并开始向前递归计算。

步骤4。更新粒子的内部和外部力量基于新粒子的位置。

第5步。定义特殊约束粒子结构的边界条件。

步骤6。确定是否是最终的时间步长,并比较总计算时间。如果小于的总时间,然后重复步骤3- - - - - -6。否则,结束流程。

步骤7。进行后处理。获得所需的结果。

桁架结构的计算流程图使用FPM如图6。

2.6。故障判据和失效模式的成员

结构的崩溃是由材料的破坏引起的。需要定义材料的失效准则模拟桁架结构的崩溃过程时,条件时,必须确认材料达到强度极限和成员的损害。同时,必须定义失效模式考虑破坏行为,和崩溃的桁架结构分析可以由定义成员的故障判据和失效模式。

2.6.1。故障判据

本文的主要目的是模拟输电杆塔的崩溃过程,这是一个宏观的空间结构运动过程。然而,准确的空间钢结构断裂准则有关断裂力学和结构材料的研究测试,这使得问题太复杂。因此,空间简化为杆件单元FPM的圆截面不考虑裂缝的出现和发展当材料发生故障。因此,空间酒吧元素在钢结构被认为是理想的元素没有初始缺陷,并直接发生在这个失败达到应力-应变极限。有三种故障规则三维桁架元素,也就是说,强度失效规则,极限应变破坏规则,受压构件屈曲和软化失败的规则。强度失效规则适用于硬脆成员,极限应变失败的规则也适用于较小的成员细长和良好的延性,受压构件屈曲和软化失败规则可以占较大的细长构件的几种失效模式(23]。摘要极限应变失败将采用如图7。应力和应变之间的关系是线性的,直到成员轴向拉伸或压缩应力达到材料的屈服应力值 。然后,材料行为提出了塑料,直至有故障发生。然而,精确的临界应变值的点发生故障时不是很清楚。根据几个实验,提出临界轴向拉伸值是大约三倍屈服应变, (24]。发生故障后,骨折成员可以有一个或两个免费的目的。如果没有施加外力,卸载失败将发生在成员。卸货在本质上是弹性与相同的斜率作为初始加载阶段。

2.6.2。失效模式

成员的断裂行为涉及到一系列的问题,如粒子的分离,内力的再分配和质量,和拓扑关系的重新定义的元素25]。为了模拟FPM的这些行为的分析,有必要建立断裂故障模型。当应力达到材料的失效准则,成员可能的失效模式分开的两端同时粒子,也可以被分离从一边的粒子。粒子保持动态平衡在内部和外部的力量。尽管轴力杆的两端元素是相同的,粒子的合成军队在双方的酒吧元素不一定是相同的。因此,粒子的合成军队在双方的酒吧元素需要比较,最后断裂的成员将会发生更大的合力的粒子。和定义粒子的合成军队吗结束,分别的酒吧元素(图8(一个))。如果 发生在颗粒的断裂成员米的新粒子生成和元素连接到新粒子吗如图8 (b)。如果 发生在颗粒的断裂成员 ,新粒子是生成的,元素连接到新粒子吗如图8 (c)。如果 会员发生的骨折两端的成员,然后两个新粒子和同时生成,元素连接到新粒子吗和 。最后,该元素是完全分开的结构如图8 (d)。

2.7。实例分析

来验证计算的功能代码,设计的两个例子:例子1:小节的明星圆顶的屈曲分析;例子2:弹塑性加载three-bar平面桁架。

示例1(小节的明星圆顶的屈曲分析)。这个例子使用FPM分析,结果与非线性有限元法进行比较。采用空间桁架元素,中心节点受到集中力在方向(如图9),弹性模量 ,横截面积 ,时间步长 。位移控制是用于分析和位移步骤 。

的方向位移节点1和节点2是跟踪。荷载位移曲线如图10 ()和10 (b)分别,结果是在良好的协议与文献[26]。结果表明,结构的屈曲分析使用有限颗粒法是可行的。

例2 (three-bar平面桁架的弹塑性加载)。three-bar平面桁架承受负载在方向(如图11),酒吧的横截面积 ,在弹性阶段弹性模量 ,屈服强度是 ,双相障碍栏的长度 ,和广告= CD。

采用理想弹塑性模型,此点的理论解表示如下: 在哪里 和 。

使用有限颗粒法进行分析,弹性模量在弹性阶段的值 ,屈服强度值 ,公元前杆的长度 ,密度是 , ,时间步长 。桁架结构受荷载作用缓慢,和结果转化为无量纲曲线并与理论解决方案如图12。

从图可以看出12,当 和 , 。FPM分析结果非常接近理论的解决方案。然而,FPM梁进行的结果略高于理论解当酒吧进入塑性阶段。原因是不断加载结构在实际分析中,即使有一个小载荷增量,伟大的压力将会产生的桁架结构。但是理论解决方案没有考虑完整的塑料加载,这小差异被认为是合理的。同时,数值例子表明,有限颗粒法可以有效地模拟桁架结构的弹塑性性能。

3所示。输电杆塔模型的建立和验证

3.1。传播模型的建立钢铁塔

110 kV双电路线性输电塔结构进行了研究。输电杆塔的正视图如图13。输电杆塔的总高度为21米,塔列的部分是方形的,材料是等边角钢(表1)。使用软件ANSYS和MATLAB软件建立的输电塔结构的有限元模型和FPM,分别。虽然广泛应用ANSYS和相对成熟的有限元软件,研究有限颗粒法刚刚开始的MATLAB程序。验证模型的准确性FPM,输电塔的有限元模型也由ANSYS建立。

一方面,建立了有限元模型,在ANSYS采用元素梁188图14,l形截面元素等边角钢和梁的刚性接头元素假定不考虑偏心连接。有限元模型有522个元素和172个节点。另一方面,建立了输电杆塔有限粒子模型采用桁架元素只考虑轴向力。所以,每个粒子只有三翻译方向的自由度 , ,和 ;因此,所有接头连接,可以视为FPM铰链和元素被酒吧建模元素。在输电杆塔的建模过程中,节点坐标,连接,和部分参数的元素是直接从ANSYS模型,然后导入到编制MATLAB程序。当输入的初始参数的分析,建立了有限粒子模型在MATLAB如图15。FPM中的元素和节点的数量是一样的有限元法,也就是说,522个元素和172节点。FPM,部分区域的酒吧元素是只考虑酒吧元素的形状并不是考虑。

3.2。输电杆塔的静态分析和验证

进行静态分析的输电杆塔使用有限元法(ANSYS)和FPM (MATLAB),分别。计算结果进行比较,以验证有限粒子模型的正确性。分别应用三种静态加载。垂直载荷 是对塔的四个角落的吗模型的方向。横向载荷 应用在四个角落的塔模型的方向。整个结构重力负载应用。重力加速度 。分析结果比较结构时通过使用ANSYS和MATLAB对三种静态加载(表2,3,4)。表2、表3和表4显示结果,包括支持四个支持(在图的反应11)和相应的四个节点位移,B, C, D在不同高度(如图10)。

表2,3,4表明支持反应的相对误差很小在三种负载的情况下,它们都没有超过1%,垂直荷载下的相对偏差仅为0.06%。因此,这意味着有限颗粒法在计算非常准确的反应输电杆塔的支持。通过比较有限元法和FPM,塔的位移的相对偏差小于3%在垂直和横向负载下,分别。它表明FPM的横向刚度模型非常接近于有限元模型。因为全球刚度矩阵组装FPM,塔的动态特性。此外,塔的最大位移的相对偏差在4.11%造成的重力荷载分布模式的质量这两个方法是不同的。FPM,质量是集中在粒子即等同于集中负荷节点。然而,在有限元,质量被认为是基于实际的分布质量相当于均匀加载在酒吧元素。总之,静态分析的结果的有限颗粒法与有限元方法相一致,和模型的精度为以下应用程序验证了有限质点法在地震响应分析和模拟输电杆塔的崩溃。

3.3。线性传动钢塔的地震响应和验证

埃尔森特罗的加速时间历史地震地面运动记录(NS)被选中进行地震响应分析。峰值地面加速度(PGA)调整为1 的时间步,埃尔森特罗的地面运动有限元是0.02在时间步0.0001年代FPM利用线性插值方法,和地震加速度是输入的方向横向线输电杆塔的方向。然后弹性地震反应分析是使用有限元方法和FPM,分别。粒子的位移随时间的变化曲线的顶部的输电塔的两个方法如图16。

图16的结果表明,有限元法和有限颗粒法计算输电塔在地震加速度下的位移响应非常接近,最大位移为5.28毫米在4.96 s ANSYS分析5.61毫米5.10年代的MATLAB程序。因此,粒子的相对位移误差非常小,这样时间位移的历史是一致的。

表5显示的最大和最小轴向力的输电杆塔的一些成员通过有限元方法和FPM。轴向力计算的有限元法是在良好的协议与FPM,相对误差也在5%。输电塔的地震响应分析是由有限元法和FPM使用相同的地震地面运动记录,分别。结果表明,位移的时间历史最大位移和轴力的极端值非常接近。这些结果也表明FPM的地震波的输入方法是可靠的。因此,FPM崩溃可以应用于模拟分析输电杆塔的MATLAB程序。

4所示。分析输电塔倒塌

4.1。分析在不同的pga崩溃

时崩溃的分析输电塔进行了重力的影响,虚拟阻尼因子的值设置为5,和材料的屈服强度235 MPa。有522个元素通过MATLAB有限粒子模型。根据《钢结构设计规范》中(25),成员的稳定系数与它的长细比可以获得有关。为了简化分析过程,稳定的因素的所有成员设置为0.88。前10秒的加速时间的历史小城地震地面运动记录被选中。为了研究结构在不同地震PGA的崩溃和确定的关键PGA倒塌,地震地面运动记录的PGA值调整到18岁 ,20 ,22岁 ,24岁 ,26 。故障时间和成员的输电塔结构,如第一个成员,20%的成员结构,完整结构,表中列出的结果6。

当PGA 18 不破坏结构,弹性行为发生。结构倒塌当PGA大于18岁 早些时候,和更大的PGA值导致出现崩溃。根据第一个受损的成员,失败发生在12米的高度时输电杆塔PGA是20 和22 分别,而故障发生在22下6米 和24 。输电杆塔的损伤位置是不同的在不同的PGA值;即破坏形式是不一样的。因为空间结构非常复杂,没有统一的量化指标来判断结构的彻底崩溃记录。本文在文献[使用方法22),认为结构完全倒塌时损坏成员总数的20%。增加的PGA,时间从第一损害彻底崩溃变得更短。此外,在PGA 22号和24号的时间 在20和22比时间更短吗 ,表明减少一个数量级。PGA越大,结构越快崩溃。

失效模式下的PGA 20日,22日,24日和26日 如图17。当PGA 20岁 主要损害发生在6 - 12米的高度,;当PG是22 ,失败发生在支持和6 - 12米的高度;当PGA达到24 发生故障时,从底部到14米高;当PGA 26 、结构损伤发生在几乎每一个高度。因此,当PGA很大,损害发生早期失效模式变得巨大。

4.2。分析单向地震作用下崩溃

根据前一节中的讨论,关键的PGA在输电杆塔开始崩溃是18到20之间 。增加的PGA,崩溃变得严重,突然崩溃的过程的持续时间。PGA 20 选择捕获崩溃的过程更清晰的细节。输电杆塔倒塌的过程是复杂的,涉及到各种非线性问题和骨折的材料以及contact-impact问题。Contact-impact问题是一个新的研究课题,是繁琐的讨论;因此,不讨论这个话题。只有成员和地面之间的联系是,简单的使用一个简单的弹簧模型模拟。影响,成员之间或成员和结构之间,骨折后不考虑。输电塔开始失败的原因 年代和完全倒塌 年代,此时崩溃的持续时间是1.57秒。失败是模拟的过程通过使用FPM,捕获和结构形式在每一个时刻。立面图纸结构变形拦截在几个代表性的时刻,如图18。

在 年代,元素的裂缝首先发生在12米的高度 年代;元素随后在6米。损伤在这两个山庄输电杆塔的崩溃的主要原因。在 年代,破坏继续恶化和元素的输电杆塔的脚开始损坏。在 输电杆塔的年代,元素在17米开始失败。最后,结构倒塌过程继续 年代,和结构损伤开始恶化,直到完成结构出现重力崩溃。

输电杆塔属于超静定结构,拥有许多冗余约束。冗余约束被认为是防止结构的逐渐崩溃。然而,输电杆塔桁架结构内力的重新分配将发生如果酒吧元素受损。这种再分配将导致其他元素的破坏,和结构将机制失败,直到最终崩溃。

一些轴向力响应的代表元素提取更直观的了解输电杆塔的崩溃过程,如图19。例如,139号元素是第一了,酒吧的失效模式下屈曲压缩和两端同时脱落的酒吧元素。在断裂之前,轴向力与地震加速度的变化改变了。大约在 年代,元素成为自由和轴向力逐渐降低由于阻尼能量耗散。此外,拉伸断裂首次发生了137号元素,和骨折也发生在 年代。两种情况可以定义断裂的失效模式:骨折发生两端同时骨折发生在只有一个元素的结束。137号元素属于后者。在破坏之前,轴向力与地震加速度的变化改变了。此外,损坏后,杆的一端变得自由而另一个仍然连接到其余的结构。地震地面运动下的轴力不规则变化。

4.3。崩溃地震脆弱性分析

地震脆弱结构工程之间的关系是地面运动强度测量(IM)和结构性破坏。超过破坏状态下的概率给定地面运动可以定量描述的脆弱性曲线。计算方法可分为参数分析方法和非参数分析方法27]。这两种方法的区别在于工程需求的概率分布参数(EDP)需要事先假定。非参数分析不需要假设EDP的概率分布。通过设置不同的IM水平,进行了大量的非线性时程分析计算结构的失效概率在不同损伤状态。选择电子数据处理时,相关的性能参数(如力、位移、速度、加速度、能源、和损伤)是用来描述退化强度,刚度退化、破坏状态和结构地震作用下的延性。位移是很容易应用和定量描述地震作用下结构的极限状态(28]。在这篇文章中,输电塔的最大水平位移大选择电子数据处理。结合中国代码,塔的顶端位移不应超过 (塔的高度),确保传输钢塔在正常使用极限状态。不应超过顶部位移 确保传输钢塔不会崩溃(29日]。

(1)参数分析方法。输电杆塔的基于性能的地震评估,结构地震倒塌脆弱性分析的条件概率的定义是崩溃的结构在一定地震强度的措施。的数学表达式 在哪里是结构性倒塌概率,IM地面运动强度测量和PGA作为IM。

假定的PGA价值结构倒塌的对数正态分布;的概率结构在给定的PGA的崩溃可以表示如下: 在哪里是标准正态分布函数和和的平均值和标准偏差结构崩溃,可计算如下,分别为:

(2)非参数分析方法。一群选择地面运动记录作为输入的结构地震倒塌分析(地面运动记录的总数)。如果有地面运动记录,导致结构的崩溃,崩溃的概率结构 在我之下。当地面运动记录的数量是足够的,代表结构的崩溃概率可以被定量分析。崩溃的过程地震脆弱性分析基于IDA的输电杆塔方法总结如下:

建立了数值模型,可以准确地模拟地震破裂行为。

选择一组地面运动记录(总数),它可以反映站点的地面运动特征,选择和PGA IM。

结构的弹塑性时程分析下进行一定的IM,崩溃和相应的地面运动可以获得;最后,崩溃的概率下的结构表示为化生 。

单调递增IM和重复的步骤 ,破产概率的结构在不同IMs可以计算;最后,地震脆弱性曲线可以得到结构崩溃。

根据地震脆弱性曲线结构崩溃,anticollapse结构的安全性和相应的可靠性可以评估在不同地震设防水平。

(3)崩溃地震脆弱性分析。在本文中,根据不同的网站和地震烈度地震,12日地震地面运动记录选择从美国同行强烈地震记录数据库(表7)。图20.显示记录的地震加速度反应谱波与阻尼比为2%。可以看出所选记录波的响应谱是一致的与中国代码30.]。因此,12日地震地面运动记录好代表。

地震地面运动输入水平以及输电杆塔的方向。通过调整PGA在表12地震波的振幅1从0.1 g, PGA调整到2.5 g和0.1 g加速度增量,和每个地震波的PGA逐渐增加直到输电杆塔倒塌(塔的位移达到顶部 );用计算值和到(14),输电杆塔的崩溃脆弱性曲线。

从图可以看出21输电塔的地震倒塌概率随PGA的增加。与非参数方法和参数方法一致。据中国抗震规范(30.]和抗震设防标准的输电塔,PGA值是0.11克,0.3 g和0.51 g结构在小震作用下(超过概率是50%),中度地震(超过概率是10%),和大地震(超过概率是2%),分别为。当结构的崩溃概率是50%,相应的PGA值为1.43 g使用非参数方法,而PGA参数值是1.49 g的方法。这个值是PGA价值的大约3倍的大地震(PGA值0.3 g)。结果表明,传播钢塔具有更好的抗震安全性能和anticollapse能力。

5。结论

本研究提出了一个通用有限颗粒法框架崩溃模拟输电塔受到地震地面运动。FPM用于建立运动方程的酒吧元素。进行静态和动态分析的输电杆塔使用软件包MATLAB和ANSYS。此外,失效准则和结构元素定义的失效模式。最后,输电杆塔倒塌的过程模拟。摘要在分析可以得出以下结论:(我)FPM不需要生成全局刚度矩阵计算断裂成员时,不需要迭代计算过程中的解决方案和特殊修改;只有粒子的运动方程的数量增加。因此,FPM适合解决强非线性动力学问题,如传播的地震倒塌分析钢铁塔。(2)的模型和有限元方法,建立了输电杆塔FPM,分别。输电杆塔模型的正确性和可靠性的验证线性地震反应分析通过比较分析FPM与有限元法的结果。(3)材料非线性、几何nonlinearityn和桁架结构的断裂可以考虑在FPM。讨论了输电杆塔的崩溃过程在不同pga,和相应的崩溃模式。崩溃模式将提供一个参考的anticollapse设计输电塔受到地震地面运动。(iv)崩溃地震脆弱性分析表明同意参数方法与非参数方法,和地震破裂的概率传播钢塔中国抗震规范可以满足需求。

FPM优越的结构破坏,因为粒子的模拟可以自由独立于彼此。单一的崩溃过程模拟输电杆塔在单向的地面运动。进一步研究传动系统和multisupport tower-line耦合地震作用在未来可以考虑。和崩溃的可靠性分析应该通过实验来验证或实际工程失败。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢联合财政支持中国国家自然科学基金(51278213,51378234)和基础研究的创新基金会基金为中央大学(yxms093 HUST: 2016)。

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