一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法技術

本發明專利技術公開了一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，在已知鐵塔傾斜角度的基礎上，來計算其所受的合力矩，并將其所受合力矩作為倒塌危險程度的表征量，進而得到其倒塌危險函數方程，最后根據危險程度方程將其危險程度劃分為10個等級，從而可以更加明確的了解鐵塔所處狀態倒塌的危險程度，對維護鐵塔、保障用電安全以及節約維護人力和財力都有積極效果。

A method for evaluating grade of danger degree of tower collapse

The invention discloses a method for risk assessment level a collapsed tower, based on the known angle in the tower, to calculate the resultant force moment, and the resultant collapsed as the characterization of the amount of the degree of risk of the collapse risk function equation, finally according to the risk degree of the risk degree equation is divided into 10 grades, so that we can understand more clearly the tower of the risk degree of state collapse, maintenance of tower, protect the safe use of electricity and save the maintenance of human and financial resources have a positive effect.

【技術實現步驟摘要】
一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法
本專利技術屬于鐵塔倒塌危險程度評價領域，涉及一種鐵塔倒塌危險程度表征量的計算方法以及鐵塔倒塌危險程度等級評價方法。
技術介紹
輸電線路處在開放的環境中，隨著經濟的快速增長，電力、通信行業的輸電線路覆蓋面不斷擴大，給電力系統帶來了更大的負擔，由于雷擊、暴風雪、冰凍等自然災害，以及煤礦采空區塌陷、工程不良施工等原因，會造成輸電、通信線路鐵塔發生傾斜的情況，導致電網、通信網絡中斷等事故的發生，從而影響了國家經濟、農業生產和人民的生活。當鐵塔出現傾斜時，必然導致其存在倒塌的危險，然而，目前對于鐵塔的所處的狀態與其危險程度尚且沒有一種明確的評價體系，因此會導致兩種狀況，一種是處于危險狀態的鐵塔不能得到及時的修復，從而使用戶的用電不能得到保障，另一種是對尚且處于安全的鐵塔進行修復，這將帶來人力與財力上的浪費，因此，給出一種鐵塔倒塌危險程度等級評價體系有著重要的意義。
技術實現思路
本專利技術目的在于提供一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法。為了實現上述目的，本專利技術采用了以下技術方案：一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，包括以下步驟：①檢測鐵塔傾斜角度，根據傾斜角度計算鐵塔所受的合力矩；②根據鐵塔倒塌的危險程度與所受的合力矩的關系擬合得到鐵塔倒塌危險程度的函數方程；③對上述函數方程按照鐵塔所受的合力矩進行分段，通過分段以鐵塔所受合力矩作為鐵塔倒塌危險程度的表征量對鐵塔倒塌危險程度進行分級。所述鐵塔傾斜角度采用傾角傳感器進行檢測，所述傾斜角度是指鐵塔中心線與豎直方向的夾角，所述鐵塔中心線連接鐵塔塔底中心與塔頂。所述合力矩為架設于鐵塔間的電線對鐵塔的約束力和鐵塔自身的重力對鐵塔的合力矩。所述鐵塔倒塌的危險程度與鐵塔所受的合力矩之間的關系符合正切曲線。所述鐵塔倒塌危險程度的函數方程表示為：其中，Mmax為鐵塔所能承受的最大力矩，M合表示鐵塔所受的合力矩。所述鐵塔倒塌的危險程度劃分為安全、隱患、危險以及倒塌4檔。所述4檔對應的鐵塔所受合力矩分別為以及≥Mmax，其中，Mmax為鐵塔所能承受的最大力矩，鐵塔所受的合力矩與鐵塔倒塌的危險程度正相關。通過將安全、隱患、危險3檔中鐵塔所受合力矩對應細分為n1、n2、n3段，從而將鐵塔倒塌的危險程度劃分為n個等級，n＝n1+n2+n3+1。上述鐵塔倒塌危險程度等級評價方法在調整鐵塔傾斜程度中的應用。本專利技術的有益效果體現在：本專利技術以鐵塔受到的合力矩作為鐵塔倒塌危險程度的表征量，通過對鐵塔倒塌規律進行函數擬合，得到表征鐵塔倒塌危險程度的函數，并對表征量進行區間劃分，從而實現在鐵塔處于未傾斜的正常狀態和倒塌狀態之間進行鐵塔倒塌危險程度的等級劃分，從而更加直觀地描述當前鐵塔倒塌的危險程度，為鐵塔的安全維護提供了有效的評價方法，有利于節約人力、財力，并提高鐵塔的安全性和保障用電。附圖說明圖1是鐵塔處于正常狀態(a)和鐵塔處于傾斜狀態(b)的示意圖；圖2是本專利技術的流程圖；圖3是傾角傳感器的擺放位置示意圖；其中，h表示鐵塔高度，*表示傾角傳感器位置；圖4是求取鐵塔所受合力矩的流程圖；圖5是給出的鐵塔受力的范例圖；圖6是鐵塔倒塌的危險程度與鐵塔所受合力矩的正切關系圖；圖7是鐵塔倒塌危險程度四個檔次的劃分圖；圖8是鐵塔逐步調整流程圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做進一步詳細說明。本專利技術提出了鐵塔倒塌危險程度表征量以及其計算方法并根據表征量給出鐵塔倒塌危險程度評價方法，在已知鐵塔傾斜角度的基礎上，計算其所受的合力矩，并將其所受合力矩作為倒塌危險程度的表征量，進而得到其倒塌危險函數方程，最后根據危險程度方程將其危險程度劃分為10個等級，從而可以更加明確的了解鐵塔所處狀態倒塌的危險程度。本專利技術主要步驟如圖2所示，以下對各個步驟進行詳細說明。一、鐵塔待測點即傾角傳感器在鐵塔中的擺放位置的確定為了提高檢測的精度，考慮將傾角傳感器放置在鐵塔相對較高一點的位置，此外考慮到鐵塔頂端容易受風力等因素影響產生彎曲，因此建議放置在鐵塔的2/3高度處，如圖3所示。二、鐵塔倒塌危險程度的表征量及其計算方法的確定因為鐵塔倒塌的主要原因是由鐵塔受到的力矩導致的，而鐵塔受到的力主要有電線的約束力以及自身的重力，因此鐵塔倒塌的危險程度可以用電線的約束力和鐵塔自身的重力對鐵塔的合力矩來作為表征量。表征量的求取步驟如圖4所示，下面以一個例子來說明鐵塔所受到的力矩即鐵塔倒塌危險程度表征量的求取過程，由于傾斜的鐵塔(圖1b)與尚未發生傾斜的鐵塔(圖1a)所受到的力矩的求取過程稍有不同，因此以下分開進行討論。1、未發生傾斜的鐵塔所受的合力矩的求取過程如圖5所示，在尚未發生傾斜的鐵塔的三維簡圖中，以塔底的中心O為原點，建立如圖所示空間直角坐標系OXYZ(X、Y軸位于塔底所在水平面，Z軸垂直于塔底所在水平面，O點以及塔頂位于Z軸上)，鐵塔受到F1、F2、F3、F4四個作用力(指電線的作用力)，作用點位于塔頂，F1、F3的方向分別沿著X軸負方向、正方向，F2與X軸、Y軸、Z軸的夾角分別為α1、β1、γ1，F4與X軸、Y軸、Z軸的夾角分別為α2、β2、γ2。(1)將鐵塔受到電線的每個約束力都分解成沿三個坐標軸X、Y、Z的分力的矢量：F1、F3的分解結果為：F1x＝F1,F1y＝F1z＝0F3x＝F3,F3y＝F3z＝0(2)將上一步得到的所有電線約束力的分力按坐標軸方向分別求和，求得所有電線對鐵塔在三個坐標軸(X、Y及Z軸)方向的約束力：(3)根據力矩公式M＝F×L(L表示力臂，F表示作用力)求得所有電線對鐵塔在三個坐標軸方向上的合力矩：其中，h表示鐵塔高度，由于鐵塔在未產生傾斜時在Z方向上重力力臂為0，即電線約束力以及鐵塔重力在Z軸合力矩恒為0。(4)對三個坐標軸方向上的合力矩做矢量和，求得鐵塔所受到的合力矩：2、傾斜的鐵塔所受的合力矩的求取過程鐵塔傾斜時，上述水平面(XOY)與鐵塔一起發生相同角度的傾斜。當鐵塔傾斜角為δ(連接O點與鐵塔頂點的中心線與XOY平面的夾角)并且記鐵塔的重心到鐵塔底部所在水平面的距離為h重，則F1、F2、F3、F4的分力在三個坐標軸上的合力不變，僅力臂發生變化，同時考慮重力及其力臂，因此三個坐標軸方向的合力矩分別為：Mx＝Fx×h×sinδ＝(F3+F4×cosα2-F2×cosα1-F1)×h×sinδMy＝Fy×h×sinδ＝(F2×cosβ1+F4×cosβ2)×h×sinδMz＝Fz×h×cosδ+G×h重×cosδ(6)其中G表示鐵塔自身的重力。由上面結果可得鐵塔所受的合力矩為：由于鐵塔在受到的合力矩較小時是不具有倒塌的危險的，因此在一定范圍的合力矩內，鐵塔是安全的，隨著鐵塔受到合力矩的增大，鐵塔倒塌的危險程度將有一個過渡階段，鐵塔在該階段存在倒塌的隱患，過了過渡階段之后，鐵塔倒塌的可能性就大幅提升，因此從安全區經過過渡區到危險區，最后當鐵塔傾斜到一定程度時鐵塔倒塌。即鐵塔倒塌的危險程度與鐵塔受到的力矩之間的關系應該符合一個正切曲線。因此假設鐵塔所能承受的最大力矩為Mmax，則鐵塔在受到力矩為0時，危險程度為0，鐵塔在受到力矩達到Mmax時危險程度為(即鐵塔將發生傾塌)。因此得到危險程度函數為其函數圖像如圖6所示。三、鐵塔倒塌危險程度的評價鐵塔倒塌的危險程度采用安全等級法本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，其特征在于：包括以下步驟：①檢測鐵塔傾斜角度，根據傾斜角度計算鐵塔所受的合力矩；②根據鐵塔倒塌的危險程度與所受的合力矩的關系擬合得到鐵塔倒塌危險程度的函數方程；③對上述函數方程按照鐵塔所受的合力矩進行分段，通過分段以鐵塔所受合力矩作為鐵塔倒塌危險程度的表征量對鐵塔倒塌危險程度進行分級。

【技術特征摘要】
1.一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，其特征在于：包括以下步驟：①檢測鐵塔傾斜角度，根據傾斜角度計算鐵塔所受的合力矩；②根據鐵塔倒塌的危險程度與所受的合力矩的關系擬合得到鐵塔倒塌危險程度的函數方程；③對上述函數方程按照鐵塔所受的合力矩進行分段，通過分段以鐵塔所受合力矩作為鐵塔倒塌危險程度的表征量對鐵塔倒塌危險程度進行分級。2.根據權利要求1所述一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，其特征在于：所述鐵塔傾斜角度采用傾角傳感器進行檢測，所述傾斜角度是指鐵塔中心線與豎直方向的夾角，所述鐵塔中心線連接鐵塔塔底中心與塔頂。3.根據權利要求1所述一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，其特征在于：所述合力矩為架設于鐵塔間的電線對鐵塔的約束力和鐵塔自身的重力對鐵塔的合力矩。4.根據權利要求1所述一種鐵塔倒塌危險程度等級評價方法，其特征在于：所述鐵塔倒塌的危險程度與鐵塔所受的合力矩之間的關系符合正切曲線...

【專利技術屬性】
技術研發人員：要義勇，王鵬棟，羅東，馬建勛，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61