支柱类复合材料电气设备抗震评估方法与流程
本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种支柱类复合材料电气设备抗震评估方法。
背景技术：
目前，特高压交直流工程大量采用支柱类复合材料电气设备，因此，支柱类复合材料电气设备的稳定性显得尤为重要。其中，地震作用是影响支柱类复合材料电气设备稳定性的重要因素，为了减少地震作用对支柱类复合材料电气设备的影响，通常在支柱类复合材料电气设备安装于输电工程前，会对支柱类复合材料电气设备进行抗震评估，只有支柱类复合材料电气设备满足抗震要求，才可以应用于输电工程。
支柱类复合材料电气设备的抗震性能通常是参照普通瓷质电气设备的抗震试验及评估方法进行评估的，然而，普通瓷质材料的脆性较为明显，而复合材料却具有延性破坏的特点，这样，支柱类复合材料电气设备与普通瓷质电气设备的材料和结构均具有很大的区别，若参照普通瓷质电气设备的抗震评估方法对支柱类复合材料电气设备的抗震性能进行抗震评估，容易导致支柱类复合材料电气设备的抗震评估结果不准确，进而给输电工程带来重大安全隐患。
技术实现要素：
鉴于此，本发明提出了一种支柱类复合材料电气设备抗震评估方法，旨在解决现有技术中支柱类复合材料电气设备的抗震性能是参照普通瓷质电气设备的抗震评估方法进行评估的易导致抗震评估结果不准确的问题。
本发明提出了一种支柱类复合材料电气设备抗震评估方法，该方法包括如下步骤：抗弯试验应力计算步骤，对与支柱类复合材料电气设备的承载部件相同的第一试件进行整柱抗弯破坏试验，计算第一试件破坏部位的应力σu；振动台试验应力计算步骤，对与支柱类复合材料电气设备相同的第二试件进行地震模拟振动台试验，计算第二试件破坏部位的应力σe和第二试件的顶部位移；评估步骤，若σe≤σu/1.67，并且，第二试件的顶部位移小于等于预设位移时，确定支柱类复合材料电气设备满足抗震要求。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，抗弯试验应力计算步骤进一步包括：第一安装子步骤，将应变片安装于第一试件的第一预设应变测试位置，并将第一位移计安装于第一试件的预设位置；第一荷载施加子步骤，对第一试件的预设位置逐级施加与第一试件相垂直的加载力，当第一试件出现可见破坏或者出现内部破坏时，停止施加加载力；第一确定子步骤，确定第一试件的破坏部位；第一应力计算子步骤，根据第一试件的弹性模量、第一试件破坏部位的应变和对第一试件施加的加载力，计算第一试件破坏部位的应力σu。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一荷载施加子步骤进一步包括：对第一试件的预设位置逐级施加与第一试件相垂直的加载力；获取加载力-位移曲线；当第一试件出现可见破坏或者第一试件出现内部破坏时，停止对第一试件施加加载力，其中，第一试件的内部破坏为加载力-位移曲线中的加载力突降20％以上或者加载力-位移曲线的斜率小于初始斜率的50％。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一确定子步骤中，若第一试件出现可见破坏，将距离破坏部位最近的第一预设应变测试位置所在的部位确定为第一试件的破坏部位；若第一试件出现内部破坏，将距离第一试件的根部最近的第一预设应变测试位置所在的部位确定为第一试件的破坏部位。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一应力计算子步骤进一步包括：根据公式σu1＝eεu计算第一试件破坏部位的第一应力σu1，上式中，e为第一试件的弹性模量，εu为第一试件破坏部位的应变；根据公式lu＝0.5×(|lu拉|+|lu压|)计算第一试件破坏部位至第一试件顶端的距离lu，上式中，lu拉为第一试件破坏部位的受拉侧至第一试件顶端的距离，lu压为第一试件破坏部位的受压侧至第一试件顶端的距离；根据公式
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一荷载施加子步骤与第一确定子步骤之间还包括：弹性模量计算子步骤，根据对第一试件施加的各级加载力和各级加载力下各第一预设应变测试位置的应变，计算第一试件的弹性模量。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，弹性模量计算子步骤进一步包括：根据公式
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，振动台试验应力计算步骤进一步包括：第二安装子步骤，将应变片安装于第二试件的第二预设应变测试位置，并将第二位移计安装于第二试件的顶端；第二荷载施加子步骤，对第二试件施加预设地震荷载；第二确定子步骤，确定第二试件的破坏部位；第二应力计算子步骤，根据第二试件的弹性模量和第二试件破坏部位的应变，计算第二试件破坏部位的应力σe；位移确定子步骤，根据第二位移计确定第二试件的顶部位移。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第二确定子步骤中，若第二试件损伤，将距离破坏部位最近的第二预设应变测试位置所在的部位确定为第二试件破坏部位；若第二试件未损伤，将整柱抗弯破坏试验中第一试件的破坏部位确定为第二试件的破坏部位。
进一步地，上述支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第二应力计算子步骤中，根据公式σe＝eεe计算第二试件破坏部位的应力σe，上式中，e为第二试件的弹性模量，εe为第二试件破坏部位的应变。
本发明中，根据整柱抗弯破坏试验计算出第一试件的应力与地震模拟振动台试验计算出第二试件的应力之比以及地震模拟振动台试验中第二试件的顶部位移来对支柱类复合材料电气设备的抗震性能进行评估，该评估方法能够将支柱类复合材料电气设备的材料特点和结构特点均考虑在内，大大提高了抗震评估结果的准确度，进而确保了输电工程的安全运行，解决了现有技术中支柱类复合材料电气设备的抗震性能是参照普通瓷质电气设备的抗震评估方法进行评估的易导致抗震评估结果不准确的问题。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，抗弯试验应力计算步骤的流程图；
图3为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一试件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一荷载施加子步骤的流程图；
图5为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一应力计算子步骤的流程图；
图6为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法的又一流程图；
图7为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，弹性模量计算子步骤的流程图；
图8为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，振动台试验应力计算步骤的流程图；
图9为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第二试件的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，每个第二预设应变测试位置的布置示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1，图1为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法的流程图。如图所示，支柱类复合材料电气设备抗震评估方法可以包括如下步骤：
抗弯试验应力计算步骤s1，对与支柱类复合材料电气设备的承载部件相同的第一试件进行整柱抗弯破坏试验，计算第一试件破坏部位的应力σu。
具体地，将待测试的支柱类复合材料电气设备作为第一试件，在进行整柱抗弯破坏试验时，第一试件应包含所有承载部件，该承载部件可以包括：电气设备及各部分的连接，并且，第一试件应不包含非承载部件，例如护套、均压环等非受力部件，因此，第一试件仅仅包含了待测试的支柱类复合材料电气设备的承载部件。对第一试件进行整柱抗弯破坏试验，整柱抗弯破坏试验完成后，确定第一试件的破坏部位，并计算第一试件破坏部位的应力σu。
振动台试验应力计算步骤s2，对与支柱类复合材料电气设备相同的第二试件进行地震模拟振动台试验，计算第二试件破坏部位的应力σe和第二试件的顶部位移。
具体地，再取完整的且未破坏的待测试的支柱类复合材料电气设备，将其作为第二试件。在进行地震模拟振动台试验时，第二试件应为包含所有附件的完整的支柱类复合材料电气设备，即包括：所有的承载部件和非承载部件，其中，承载部件包括：电气设备及各部分的连接，非承载部件包括：护套、均压环等非受力部件。第一试件和第二试件均为待测试的支柱类复合材料电气设备，只是，第一试件仅仅包括待测试的支柱类复合材料电气设备的承载部件，而第二试件包括了支柱类复合材料电气设备的承载部件和非承载部件。对第二试件进行地震模拟振动台试验，地震模拟振动台试验完成后，确定第二试件的破坏部位，并计算第二试件破坏部位的应力σe和第二试件的顶部位移。
评估步骤s3，若σe≤σu/1.67，并且，第二试件的顶部位移小于等于预设位移时，确定支柱类复合材料电气设备满足抗震要求。
具体地，只有同时满足σe≤σu/1.67和第二试件的顶部位移小于等于预设位移时，才能确定待测试的支柱类复合材料电气设备满足抗震要求。其中，220kv电压等级以下的支柱类复合材料电气设备在地震模拟振动台试验中的预设位移为210mm，则第二试件的顶部位移应控制在210mm以内。220kv-330kv等级的支柱类复合材料电气设备在地震模拟振动台试验中的预设位移为260mm，则第二试件的顶部位移应控制在260mm以内。330kv-500kv等级的支柱类复合材料电气设备在地震模拟振动台试验中的预设位移为310mm，则第二试件的顶部位移应控制在310mm以内。500kv-800kv等级的支柱类复合材料电气设备在地震模拟振动台试验中的预设位移为460mm，则第二试件的顶部位移应控制在460mm以内。交流1000kv或直流±800kv的支柱类复合材料电气设备在地震模拟振动台试验中的预设位移为600mm，则第二试件的顶部位移应控制在600mm以内。或者，第二试件的顶部位移与第二试件的高度比小于1/18。
可以看出，本实施例中，根据整柱抗弯破坏试验计算出第一试件的应力与地震模拟振动台试验计算出第二试件的应力之比以及地震模拟振动台试验中第二试件的顶部位移来对支柱类复合材料电气设备的抗震性能进行评估，该评估方法能够将支柱类复合材料电气设备的材料特点和结构特点均考虑在内，大大提高了抗震评估结果的准确度，进而确保了输电工程的安全运行，解决了现有技术中支柱类复合材料电气设备的抗震性能是参照普通瓷质电气设备的抗震评估方法进行评估的易导致抗震评估结果不准确的问题。
参见图2，图2为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，抗弯试验应力计算步骤的流程图。如图所示，抗弯试验应力计算步骤s1可以进一步包括如下步骤：
第一安装子步骤s11，将应变片安装于第一试件的第一预设应变测试位置，并将第一位移计安装于第一试件的预设位置。
具体地，参见图3，第一试件1一般为柱状体。第一试件1设置有多个第一预设应变测试位置5，各第一预设应变测试位置5沿第一试件1的高度方向(图3所示的由上至下的方向)布置。由于第一试件1为柱状体，所以，为了更好测试第一试件1各部位的应变，每个第一预设应变测试位置5均包括：两个第一预设应变测试点，两个第一预设应变测试点相对于第一试件的中心对称，并且，两个第一预设应变测试点处于第一试件1的同一圆周且处于同一高度，以及两个第一预设应变测试点分别置于第一试件的左右两侧。应变片2为多个，应变片2的数量与第一预设应变测试点的数量相同，各应变片2一一对应地安装于各第一预设应变测试点。第一试件1的预设位置可以为第一试件1的顶部(图3所示的上部)，将第一位移计4安装于第一试件1的顶部，当然，预设位置也可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。
第一荷载施加子步骤s12，对第一试件的预设位置逐级施加与第一试件相垂直的加载力，当第一试件出现可见破坏或者出现内部破坏时，停止施加加载力。
具体地，参见图4，该第一荷载施加子步骤s12可以进一步包括如下步骤：
子步骤s121，对第一试件的预设位置逐级施加与第一试件相垂直的加载力。
具体地，作动器3对第一试件1的预设位置施加加载力，其中，该预设位置应与第一位移计4的安装位置相对应，也就是说，作动器3对安装有第一位移计4的位置施加加载力。在本实施例中，第一位移计4安装于第一试件1的顶部，作动器3对第一试件1的顶部施加加载力。该加载力是逐级施加的，并且，加载力的方向与第一试件的放置方向相垂直，若第一试件1水平放置，则加载力的方向为垂直方向；若第一试件1垂直放置，则加载力的方向为水平方向。
子步骤s122，获取加载力-位移曲线。
具体地，在整柱抗弯试验中，根据对第一试件1的预设位置逐级施加的加载力和第一位移计5测试出的位移，获取到第一试件1的预设位置处的加载力-位移曲线。在本实施例中，根据对第一试件1的顶部逐级施加的加载力和第一位移计5在各级加载力下测试出的第一试件1顶部的位移，获取到第一试件顶部的加载力-位移曲线。其中，加载力-位移曲线中的横坐标为位移，纵坐标为加载力。
第三子步骤s123，当第一试件出现可见破坏或者第一试件出现内部破坏时，停止对第一试件施加加载力，其中，第一试件的内部破坏为加载力-位移曲线中的加载力突降20％以上或者加载力-位移曲线的斜率小于初始斜率的50％。
具体地，第一试件1的可见破坏为人的肉眼可见的破坏。对于第一试件的可见破坏、加载力-位移曲线中加载力突降20％以上和加载力-位移曲线的斜率小于初始斜率的50％这三种情况，只要出现任一种情况，则停止对第一试件1施加加载力，即整柱抗弯试验停止。
第一确定子步骤s13，确定第一试件的破坏部位。
具体地，若第一试件1出现可见破坏，将距离破坏部位最近的第一预设应变测试位置所在的部位确定为第一试件1的破坏部位。具体实施时，第一试件的破坏部位即为发生破坏的部位，为了便于后续应力计算，所以将距离破坏部位最近的第一预设应变测试位置所在的部位作为第一试件1的计算的破坏部位。当距离破坏部位最近的第一预设应变测试位置5有两个时，任选其中一个第一预设应变测试位置5所在的部位确定为第一试件1的计算的破坏部位。
若第一试件1出现内部破坏，将距离第一试件1的根部最近的第一预设应变测试位置所在的部位确定为第一试件的破坏部位，其中，第一试件的根部即为第一试件的底部(图3所示的下部)。
第一应力计算子步骤s14，根据第一试件的弹性模量、第一试件破坏部位的应变和对第一试件施加的加载力，计算第一试件破坏部位的应力σu。
具体地，第一试件1的弹性模量可以为厂家规定的值，也可以根据整柱抗弯试验计算得出的。由于第一试件1破坏部位所对应的第一预设应变测试位置5有两个第一预设应变测试点，将两个第一预设应变测试点处的应变片2测试出的应变的绝对值的平均值作为第一试件破坏部位的应变。
可以看出，本实施例中，通过设定整柱抗弯试验中的各步骤，能够确保第一试件应力计算的准确，进而提高了支柱类复合材料电气设备的抗震性能评估的准确度，并且，简单方便。
参见图5，图5为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，第一应力计算子步骤的流程图。如图所示，第一应力计算子步骤s14可以进一步包括如下步骤：
子步骤s141，根据公式σu1＝eεu计算第一试件破坏部位的第一应力σu1，上式中，e为第一试件的弹性模量，εu为第一试件破坏部位的应变。
具体地，在上述第一确定子步骤s13确定第一试件1的破坏部位之后，可以根据第一试件1破坏部位处的应变来计算第一试件1破坏部位的第一应力σu1。其中，第一试件1的弹性模量e可以为厂家规定的值，也可以根据整柱抗弯试验计算得出。根据公式εu＝0.5×(|εu拉|+|εu压|)计算第一试件1破坏部位的应变εu，其中，第一试件1破坏部位所对应的第一预设应变测试位置中将受拉侧的第一预设应变测试点处应变片2测试出的应变记为εu拉，在图3中，εu拉为左侧的第一预设应变测试点处的应变。第一试件1破坏部位所对应的第一预设应变测试位置中将受压侧的第一预设应变测试点处应变片2测试出的应变记为εu压，在图3中，εu压为右侧的第一预设应变测试点处的应变。
子步骤s142，根据公式lu＝0.5×(|lu拉|+|lu压|)计算第一试件破坏部位至第一试件顶端的距离lu，上式中，lu拉为第一试件破坏部位的受拉侧至第一试件顶端的距离，lu压为第一试件破坏部位的受压侧至第一试件顶端的距离。
具体地，第一试件1进行整柱抗弯试验后，第一试件1的破坏部位可能会发生变形，则应计算第一试件1处于受拉侧至第一试件1顶端的距离lu拉，即图3中第一试件1破坏部位的左侧至第一试件顶端的距离；还应计算第一试件2处于受压侧至第一试件2顶端的距离lu压，即图3中第一试件1破坏部位的右侧至第一试件顶端的距离。
子步骤s143，根据公式
具体地，由于第一试件1的破坏部位可能会发生变形，所以需要确定第一试件1破坏部位处的直径d。
子步骤s144，根据公式
具体地，在上述第一确定子步骤s13确定第一试件1的破坏部位之后，也可以根据第一试件1的破坏部位处的加载力来计算第一试件1破坏部位的第二应力σu2。其中，加载力f为第一试件1的极限加载力，该极限加载力可以根据加载力-位移曲线来确定，该极限加载力为加载力-位移曲线中加载力的最大值。若第一试件1为单柱式支柱类复合材料电气设备，则将加载力-位移曲线中弹性段的终点或者加载力-位移曲线的第一拐点对应的加载力作为第一试件的极限加载力f；若第一试件1为多柱式支柱类复合材料电气设备，则将加载力-位移曲线中弹性段的终点或者胶装发生破坏后的最大加载力作为第一试件的极限加载力f。公式中的lu可由上述子步骤s142中计算得出，w可由子步骤s143中计算得出。
子步骤s145，若σu1与σu2的差值小于10％，将第一应力σu1确定为第一试件破坏部位的应力σu；若σu1与σu2的差值大于等于10％，将第二应力σu2确定为第一试件破坏部位的应力σu。
可以看出，本实施例中，按照第一试件1的破坏部位处的应变和加载力两种情况分别计算第一试件破坏部位的第一应力和第二应力，再根据第一应力和第二应力确定出第一试件破坏部位的应力，能够确保第一试件1破坏部位的应力的计算准确，进而提高了支柱类复合材料电气设备抗震评估结果的准确度。
参见图6，图6为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法的又一流程图。如图所示，抗弯试验应力计算步骤s1可以进一步包括如下步骤：
第一安装子步骤s11，将应变片安装于第一试件的第一预设应变测试点，并将第一位移计安装于第一试件的预设位置。
第一荷载施加子步骤s12，对第一试件的预设位置逐级施加与第一试件相垂直的加载力，当第一试件出现可见破坏或者出现内部破坏时，停止施加加载力。
弹性模量计算子步骤s15，根据对第一试件施加的各级加载力和各级加载力下各第一预设应变测试位置的应变，计算第一试件的弹性模量。
第一确定子步骤s13，确定第一试件的破坏部位。
第一应力计算子步骤s14，根据第一试件的弹性模量、第一试件破坏部位的应变和对第一试件施加的加载力，计算第一试件破坏部位的应力σu。
需要说明的是，本实施例中，第一安装子步骤s11、第一荷载施加子步骤s12、第一确定子步骤s13和第一应力计算子步骤s14的具体实施过程参见上述实施例即可，本实施例在此不再赘述。此外，弹性模量计算子步骤s15和第一确定子步骤s13没有先后顺序。
可以看出，本实施例中，第一试件的弹性模量在整柱抗弯试验中计算得出，能够有效地确保第一试件的弹性模量的准确，进而提高了第一试件破坏部位应力计算的准确度，从而确保了支柱类复合材料电气设备抗震评估结果的准确。
参见图7，图7为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，弹性模量计算子步骤的流程图。如图所示，该弹性模量计算子步骤s15可以进一步包括如下子步骤：
子步骤s151，根据公式
具体地，第一预设应变测试位置5为多个，由于第一试件1各部分的直径不一定相同，所以，先确定在每级加载力下第一试件1在每个第一预设应变测试位置5处的直径di，再根据公式
子步骤s152，根据公式
具体地，由于加载力是逐级施加的，所以，每施加一次加载力需要计算第一试件1在每个第一预设应变测试位置5处的弹性模量ei，直至第一试件1出现可见破坏或内部破坏，这时即使作动器3继续施加加载力，也不再计算该加载力下第一试件1在每个第一预设应变测试位置5处的弹性模量。j＝1、2、3…j为在第一试件出现可见破坏或内部破坏前施加各级加载力的次数。在每级加载力下每个第一预设应变测试位置5处的应变是根据公式εi＝0.5×(|εi拉|+|εi压|)来计算的，该式中，εi拉为每个第一预设应变测试位置中受拉侧的应变测试点处的应变，εi压为每个第一预设应变测试位置中受压侧的应变测试点处的应变。公式中的wi可由上述子步骤s151中计算得出。
子步骤s153，根据公式
子步骤s154，将各级加载力下第一试件的平均弹性模量ej的平均值确定为第一试件的弹性模量e。
具体地，将在每级加载力下计算出的第一试件1的平均弹性模量ej求和再除以施加的各级加载力的次数，从而计算出第一试件的弹性模量e。
可以看出，本实施例中，在整柱抗弯破坏试验中计算第一试件的弹性模量，能够使得第一试件的弹性模量更准确，进而使得计算出的第一试件的应力更准确，从而确保了支柱类复合材料电气设备抗震评估结果的准确。
参见图8，图8为本发明实施例提供的支柱类复合材料电气设备抗震评估方法中，振动台试验应力计算步骤的流程图。如图所示，振动台试验应力计算步骤s2可以进一步包括：
第二安装子步骤s21，将应变片安装于第二试件的第二预设应变测试位置，并将第二位移计安装于第二试件的顶端。
具体地，参见图9和图10，第二预设应变测试位置7为多个，各第二预设应变测试位置7沿第二试件6的高度方向(图9所示的由上至下的方向)布置。每个第二预设应变测试位置7均可以包括：四个第二预设应变测试点，其中，四个第二预设应变测试点沿第二试件7的周向均匀分布，并且，四个第二预设应变测试点处于第二试件7的同一圆周且同一高度，以及，其中两个第二预设应变测试点测试x方向的应变，另两个第二预设应变测试点测试y方向的应变。每个第二预设应变测试点处均安装一个应变片2。具体地，应变片2布置的位置可参照附图10。
在进行地震模拟振动台试验前，需要确定设防地震加速度、地震动输入参数、地震激励方向和支架放大系数。其中，设防地震加速度即为以加速度峰值表示抗震设防的目标，根据实验设备工程应用的厂址地震区划和电气设施重要性水平确定设计基本地震加速度和设防地震加速度，具体地可参见表1。
表1为抗震设防烈度与设计基本地震加速度和设防地震加速度的对应关系
地震动输入参数可根据特征周期0.9s的加速度反应谱来确定，其中，特征周期0.9s的加速度反应谱可以根据地震模拟振动台试验的相关规定来确定。
针对地震激励方向，对于轴对称结构且竖直安装的支柱类复合材料电气设备，可只对一个水平方向输入地震波进行地震模拟振动台试验。非竖直安装的支柱类复合材料电气设备，可对水平方向和竖直方向均输入地震波进行地震模拟振动台试验，其中竖直向波形分量峰值为水平向波形分量的0.65倍。
支架放大系数是在支柱类复合材料电气设备不带支架时进行考虑的参数，则当不带支架的支柱类复合材料电气设备进行地震模拟振动台试验时，以按比例增大输入的方式考虑支架的影响。对于用于交流或直流220kv-750kv及以下的支柱类复合材料电气设备，按1.2倍系数放大地震动输入。对于交流或直流750kv以上的支柱类复合材料电气设备，按1.4倍系数放大地震动输入。
支柱类复合材料电气设备的顶部在实际输电工程中均有金具和管母等之类的部件，因此，在进行地震模拟振动台试验时，需在第二试件6的顶部施加配重10，以模拟支柱类复合材料电气设备在实际输电工程中的受力情况。配重10可以按照最大跨度管母和金具总质量的一半来计算，当缺少设计资料时，500kv及以下的支柱类复合材料电气设备按100kg采用，500kv以上的按150kg配重采用。
在进行地震模拟振动台试验时，第二试件可通过螺栓固定于地震模拟振动台，螺栓的数量和规格可以与实际输电工程中一致。第二试件6也可以通过过渡连接板与地震模拟振动台相连接，当然，还可以采用其他的连接方式，本实施例对此不做任何限制。对于竖直安装的支柱类复合材料电气设备，第二试件6的安装可按照图9来装配。对于非竖直安装的支柱电气设备，第二试件6的安装方向与实际输电工程中的安装方向相同。第二试件6的各单元间螺栓力矩按支柱类复合材料电气设备的设计要求施加。
在进行地震模拟振动台试验时，第二位移计8安装于第二试件6的顶部，第二位移计8用于测量第二试件6顶部的位移，还应在地震模拟振动台的台面上安装第三位移计9，第三位移计9用于测量台面的位移。第二位移计8和第三位移9均可以采用拉线位移计或激光位移计，当然，也可以采用其他的位移计，本实施例对此不作任何限制。在进行地震模拟振动台试验时，还应在第二试件6和地震模拟振动台的台面上安装加速度传感器11。
第二荷载施加子步骤s22，对第二试件施加预设地震荷载。
具体地，按如下工况进行试验：
a)自由衰减测试，通过张拉释放或冲击后的自由衰减段测试阻尼比；
b)白噪声动力特性探查试验工况；
c)波形迭代试验工况，波形迭代再现低幅值(如0.1g)试验输入波形；
d)地震波强震输入试验工况；
e)白噪声动力特性探查试验工况。
第二确定子步骤s23，确定第二试件的破坏部位。
具体地，若第二试件6损伤，将距离破坏部位最近的第二预设应变测试位置所在的部位确定为第二试件破坏部位。具体实施时，第二试件6的破坏部位即为发生破坏的部位，为了便于后续应力计算，所以将距离破坏部位最近的第二预设应变测试位置所在的部位作为第二试件6的计算的破坏部位。当距离破坏部位最近的第二预设应变测试位置7有两个时，任选其中一个第二预设应变测试位置7所在的部位确定为第二试件的计算的破坏部位。
若第二试件6未损伤，将整柱抗弯破坏试验中第一试件1的破坏部位确定为第二试件6的破坏部位。由于第一试件1与第二试件6均为待测试支柱类复合材料电气设备，所以，第一试件1的各部位与第二试件6的各部位为一一对应的，若第二试件6在地震模拟振动台试验中未损伤，则将整柱抗弯破坏试验中第一试件1的破坏部位对应的部位确定第二试件6的破坏部位。
第二应力计算子步骤s24，根据第二试件的弹性模量和第二试件破坏部位的应变，计算第二试件破坏部位的应力σe。
具体地，根据公式σe＝eεe计算第二试件破坏部位的应力σe，上式中，e为第二试件的弹性模量，εe为第二试件破坏部位的应变。
第二试件的弹性模量e可以为厂家规定的值，由于第一试件1与第二试件6均为待测试支柱类复合材料电气设备，所以，第一试件1和第二试件6的材质和结构均相同，则也可以将整柱抗弯试验中的弹性模量计算子步骤s15计算出第一试件1的弹性模量作为第二试件6的弹性模量e。由于每个第二预设应变测试位置7均包括两个x方向的第二预设应变测试点和两个y方向的第二预设应变测试点，所以，第二试件6破坏部位的应变即为第二试件6破坏部位所对应的第二预设应变测试位置7的应变，该应变应取x方向的应变和y方向的应变中的最大值。也就是说，将x方向的两个第二预设应变测试点处的应变的绝对值的平均值确定为x方向的应变εx，即εx＝0.5×(|εx1|+|εx2|)，再将y方向的两个第二预设应变测试点处的应变的绝对值的平均值确定为y方向的应变εy，即εy＝0.5×(|εy1|+|εy2|)，最后比较x方向的应变εx和y方向的应变εy，将最大值确定为第二试件破坏部位的应变εe。
位移确定子步骤s25，根据第二位移计确定第二试件的顶部位移。
可以看出，本实施例中，地震模拟振动台试验中第二试件6的应力计算准确，从而能够确保支柱类复合材料电气设备抗震评估结果的准确。
综上，本实施例中，根据整柱抗弯破坏试验计算出第一试件的应力与地震模拟振动台试验计算出第二试件的应力之比以及地震模拟振动台试验中第二试件的顶部位移来对支柱类复合材料电气设备的抗震性能进行评估，该评估方法能够将支柱类复合材料电气设备的材料特点和结构特点均考虑在内，大大提高了抗震评估结果的准确度，进而确保了输电工程的安全运行。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！