500+kv输电杆塔结构可靠度计算的matlab实现

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1、万方数据第29卷第6期2009年12月东北电力大学学报JournalOfNortheastDianliUniversityNaturalScienceEditionV01．29，No．6Dec．。2009文章编号：1005-2992(2009)06-0015一晒500kV输电杆塔结构可靠度计算的Matlab实现程志辉1，刘剑波2，张学礼1(1．东北电力大学建筑工程学院，吉林吉林132012；2．中油吉林化建工程股份有限公司，吉林吉林132012)摘要：500kV输电杆塔结构是复杂的超静定结构，采用Fortran或C语言计算其可靠度编程难度大，效率低。基于Matlab

2、语言语法简单、数值计算功能强大的特点，编制了500kV输电杆塔结构构件的可靠度计算程序，并计算了可靠度和失效概率。此程序基于Matlab优化工具箱和最优化原理的蒙特卡罗法，计算效率高，易于掌握。关键词：500kV杆塔；结构可靠度；优化工具箱；蒙特卡罗法；Matlab中图分类号：TM753文献标识码：A结构可靠性是指结构在规定的时间内，规定的条件下，完成预定功能的能力⋯。在实际应用中，为了进行定量分析计算，引入可靠度的概念，即可靠度是结构在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。杆塔结构的可靠度是确定杆塔结构设计标准的重要指标。风荷载是杆塔结构最主要的可变荷载，因

3、此可靠度计算中，可变荷载只考虑了风荷载，由此计算出的可靠度可近似反映直线杆塔结构的可靠度。杆塔结构可靠度计算主要分三个步骤：首先是明确结构的功能函数；其次是确定随机变量，对随机变量进行概率统计；最后是计算结构的可靠度和失效概率睢】。1500kV输电杆塔结构构件的功能函数结构可靠度计算的前提是明确结构的功能函数和随机变量的统计分析。基于承载能力极限状态的输电杆塔结构构件的功能函数表达式为HJ：Z=g(R，Sc，S口)=R—Sc—S口(1)式中：Sc为结构恒荷载效应；SD为结构活荷载效应。由式(1)可以看出，结构构件抗力、永久荷载效应、可变荷载效应3个参数可作为杆塔结构

4、可靠度计算的统计参数。500kV杆塔结构控制荷载为风荷载，因此构件可变荷载效应主要为风荷载效应，永久荷载主要为导地线和杆塔自重荷载。把尺、Sc、S口看作基本随机变量，其标准值&、5孙S驰具有以下关系：RK—K(S蕊+S傩)=0(2)式中：K为安全系数，一般情况下K=1．5。收稿日期：2∞9一lO一20基金项目：东北电力大学研究生创新基金项目作者简介：程志辉(1970一)，女，副教授，硕士。主要从事输电线路铁塔设计及概预算方面的研究工作．万方数据16东北电力大学学报第29卷2随机变量的统计参数分析2．1杆塔构件可变荷载效应与永久荷载效应比值计算杆塔构件可变荷载效应与永

5、久荷载效应的比值，需要计算导地线线条风荷载与自重荷载比值，杆塔自重、塔身风合力与导地线风荷载的比值，各荷载作用点的位置和铁塔根开。由式(2)知，s强与s雠间存在线性关系。取P=s钟／s船，并按下式计算[4】：p=s取／s“=堡堑(G坐篮+型Gri螋114(3)式中：暇为导地线线条风荷载；Ho为导地线合力作用点高度；吩为塔身风合力；k为铁塔根开；铅为导地线自重荷载；G豫和杆塔自重荷载。设：既／GcI【=A，G疆／G饿=B，B／畎=C，凰／k=D，则：f觋=AGc,x，GrK=BGcgf4、L孵=C％=CAG傩，凰=现。把式(4)带入式(3)得：p=s弧／s缸=婴学(5

6、)2．2随机变量的均值和标准差按《建筑结构设计统一标准》得式(2)中各随机变量的统计参数如下：％=1．14，％=0．12，R服从对数正态分布；Kc=1．06，％=0．07，Sc服从正态分布；K口=1．00，％=0．193，S口服从极值I型分布。式中：f妊=，彬尺·，Kc=psc／Sa，Ko=p即／SoI,tv．=盯詹亿R，K=(7sc伍即％=(7s口伍s口其中，脚，胁。，ps口分别是尺，Sc，SQ的均值；矿矗，O'$gs分别是R，Sc，S口的均方差㈨。由式(2)和式(3)推知：R置=K(S傩+S傩)=硒傩(1和+1)如果P、S邮的值给定，则由式(4)、(5)可推知：

7、(6)(7)k=KRRx=1．14KSo置(1和+1)iZsa=KcS蕊=1．06(Sog／p)弘印2KoS傩2l·00．s舛(8)19"屁=％詹=0．1368KSoK(1／p+1)O'sc=y觯∞=0．0742(S傩和)’盯sQ=y渺s口=0．193SoK2．3算例某500kV线路，按30m／s计算基准风压，导线平均高度取30一45m，导线选用4×300-4x500，水平档距取300～800nl，垂直档距取水平档距1．2一1．5倍。按文献[4]，计算得导地线线条风荷载与自重荷载比值A=0．6一1．3。根据500kV线路杆塔的统计资料，杆塔自重与导地线自重比值B