基于性能目标的特高压输电塔抗风可靠度分析
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按照 现 行 输 电 塔 设 计 规 范 规 程 及 设 计 守 则［８－１１］，以杆件 和 连 接 破 坏 应 力 接 近 拉 伸 屈 服 或 压 曲破坏的极限强度 进 行 设 计，主 要 以 主 柱 材 和 柱 斜 材的应力比和塔顶位移作为标准要求。遵循设计， 性能水准的建立同样以此为控制标准。
本文根据灾害实例和输电塔的受力特点、破坏模 式及其失效规律［５，６］，提出以应力比和 顶 点 位 移 作 为 控制标准的性 能 目 标 ，并 对 性 能 目 标 进 行 相 应 量 化 。 结 合 自 适 应 高 次 响 应 面 法［７］，对 特 高 压 输 电 塔 结 构 进 行抗风静力性能可靠度分析的结果表明，本文所建议 的性能水准框架及可靠度分析方法有效且可行。
１．２ 量 化 模 型
上 述 性 能 水 准 只 是 一 个 定 性 的 描 述 ，必 需 对 性
表 １ 特 高 压 输 电 塔 结 构 抗 风 性 能 水 准 的 定 性 描 述 Ｔａｂｌｅ １ Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ′ｓ ｗｉｎｄ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｂｅｈａｖｉｏｒ
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｗｅｒ ｕｎｄｅｒ Ｗｉｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＹＵ Ｄｅｎｇ－ｋｅ，ＬＩ Ｚｈｅｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＨＡＮ Ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｓｏｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５，Ｃｈｉｎａ）
类别பைடு நூலகம்
基本完好
轻微破坏
中等破坏
严重破坏及倒塌
塔身 应力
现象
无 损，所 有 构 件 处于弹性阶段
次斜材 出 现 塑 性 变 形 或 挠 曲，塔 腿 斜 材 和 柱 材 处 于 弹 性 阶 段，塔 体 系处于平衡状态
柱材出 现 塑 性 变 形 或 挠 曲，塔 体 系 处 于 平 衡 状态
柱材出 现 较 大 塑 性 变 形或挠 曲 从 而 失 去 继 续承载能力
摘 要 ：特 高 压 输 电 塔 作 为 风 敏 感 结 构 ，在 不 同 风 荷 载 强 度 等 级 作 用 下 ，会 遭 受 不 同 程 度 的 损 伤 和 破 坏 甚 至 倒 塌 。 除 了关注倒塌这一严重破坏，对于特高压输电塔在运营期间不同的受损程度，即不 同 的 性 能 水 准 和 表 现 也 应 重 视 ，并 采取相应的加固维修措施。通过大量调研和分析，提 出 以 应 力 比 和 顶 点 位 移 为 控 制 标 准 的 性 能 目 标 ，并 建 立 了 其 性能水准量化模型；进而结合自适应高次响应面法，对 皖 电 东 送—上 海 １０００ｋＶ 双 回 路 输 电 线 路 中 的 ＳＺ３０１ 直 线 塔进行了相应的抗风静力性能可靠度分析，从而验证 了 所 建 议 性 能 水 准 框 架 及 可 靠 度 分 析 方 法 的 可 行 性 ，对 工 程 设计和实践具有一定的指导意义。 关 键 词 ：特 高 压 输 电 塔 ；可 靠 度 ；抗 风 性 能 ；响 应 面 法 ；失 效 概 率 中 图 分 类 号 ：ＴＭ７５３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－２１３２（２０１３）０６－０６５７－０６
６５８
防 灾 减 灾 工 程 学 报
第 ３３ 卷
引 言
与一 般 的 架 空 输 电 线 路 相 比，特 高 压 输 电 塔 线 体系具有塔体高 度 高、跨 度 大 等 特 点。 对 这 样 的 兼 有高耸结 构 和 大 跨 度 结 构 共 同 特 点 的 输 电 塔 线 体 系 ，风 荷 载 往 往 成 为 控 制 荷 载 ，对 其 进 行 抗 风 可 靠 度 分析是很有必要的 。 ［１－４］ 然而，在现有输电线 路 可 靠 度 分 析 中 ，研 究 热 点 多 集 中 于 倒 塌 这 一 终 极 状 态 ，甚 少关注输 电 线 路 在 运 行 期 间 的 可 靠 度 表 现。 实 际 上 ，特 高 压 输 电 线 路 在 其 服 役 期 间 ，会 经 受 不 同 的 荷 载 （如 长 期 风 振 疲 劳 、偶 然 冲 击 荷 载 等 ），导 致 其 性 能 逐步弱化并最终 破 坏 或 倒 塌。 因 此，关 注 其 不 同 的 性能表现，即不同 的 性 能 水 准，并 进 行 相 应 的 维 护、 维修及加固甚至重 建，显 然 是 更 符 合 实 际 安 全 性 及 经济性要求的。
ｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ；ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ
＊ 收稿日期：２０１３－０１－０４；修回日期：２０１３－０３－２４ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１２０８５３７）资 助 作 者 简 介 ：俞 登 科 （１９８７－），男 ，博 士 研 究 生 。 主 要 从 事 结 构 工 程 和 输 电 线 路 抗 风 及 可 靠 度 分 析 。 Ｅｍａｉｌ：ｙｕｄｅｎｇｋｅｖｉｐ＠１２６．ｃｏｍ
１ 性能水准及量化模型
１．１ 性 能 水 准
根据 我 国 输 电 线 路 风 灾 的 现 状 及 灾 害 实 例 分 析，强 风 作 用 下 输 电 塔 破 坏 和 倒 塌 模 式 主 要 分 为 ４ 类 ：① 塔 腿 以 上 塔 身 第 １、第 ２ 塔 段 出 现 比 较 严 重 的
破坏，部分斜材断 裂；受 压 侧 塔 腿 比 较 完 整，未 发 生 严 重 的 变 形 或 者 屈 曲 。 ② 塔 腿 以 上 塔 身 的 第 １、第 ２ 塔 段 发 生 严 重 的 破 坏 ，相 互 之 间 扭 作 一 团 ，受 压 侧 主 材在塔腿上面部位 已 经 断 裂；塔 腿 从 根 部 开 始 完 全 倒 伏 。 ③ 塔 身 中 部 发 生 严 重 破 坏 ，塔 腿 部 完 整 无 损 。 ④ 塔 头 完 全 破 坏 ，挂 落 在 塔 身 顶 部 ；塔 腿 和 塔 身 部 分 完整无损。
（１）主柱材（角 钢 或 圆 钢）。 为 了 检 验 输 电 塔 设 计计算时对控制应 力 比 设 置 的 合 理 性，国 内 多 次 针
对采用双角钢十字形组合截面主材的铁塔进行了真 型塔力学试验，为双 角 钢 十 字 形 组 合 截 面 构 件 稳 定 承载力研究提供 了 宝 贵 的 数 据。 输 电 塔 设 计 时，以 钢材应力比ξ 为 控 制 标 准 之 一，ξ＝ｆ′／ｆ。 其 中，ｆ′ 为设计应力，ｆ＝ｆｙ／γＲ 为允许应力。ξ＜１．００时，通 常称之为应 力 比 １００％，设 计 控 制 时 定 为 是 安 全 可 靠的；１．００≤ξ＜１．１５ 时，钢 材 进 入 塑 性 阶 段，设 计 控制时定为主柱材进入 破 坏 阶 段；ξ≥１．１５ 时，主 柱 材进入强度屈服，输 电 塔 塔 架 钢 材 超 越 严 重 破 坏 或 倒塌的临界点。
工程 实 践 中，其 针 对 主 柱 材 和 塔 腿 斜 材 塑 性 变 形 或 挠 度 、塔 顶 点 位 移 和 局 部 变 形 ，现 场 常 以 多 视 角 的肉眼观察是否处 于 经 验 范 围，尚 未 建 立 标 准 的 检 测手段和检测限 定 值。 同 样，应 力 比 是 否 超 越 承 载 力要求的检测，材料 屈 服 后 强 度 对 塔 架 系 统 安 全 性 的影响，亦未建 立 标 准 的 检 测 手 段。 根 据 输 电 塔 倒 塌 实 例 分 析 、结 合 设 计 规 范 要 求 ，以 控 制 点 的 位 移 和 挠度为标准，同时考 虑 局 部 变 形 （地 线 支 架、横 担 和 曲臂）的 作 用，主 要 是 针 对 变 形 后 塔 架 体 系 能 否 恢 复 ，建 立 了 性 能 水 准 。
维护 标准
可忽略
经过常 规 修 复 可 继 续 经过常 规 修 复 可 继 续
使用
使用
重大修复或不可修复
塔顶点位移
文献［９］允许值 小于设计经验值
大于设计经验值
设计经 验 或 有 限 元 计 算值
地 线 支 架、横 担 局部位移
构件 处 于 弹 性 阶段
小于设 计 经 验 值 （预 起 拱值）
大于设计经验值
通过对多种 电 压 等 级 （２２０、３３０、４００、５００、７５０、 １０００ｋＶ）的输 电 塔 在 运 行 过 程 中 出 现 的 破 坏 或 倒 塌工况等资料的汇 集 与 分 析，提 出 特 高 压 输 电 塔 结 构 抗 风 性 能 ４ 阶 段 水 准 的 定 性 描 述 ：基 本 完 好 、轻 微 破 坏 、中 等 破 坏 和 严 重 破 坏 及 倒 塌 ，如 表 １ 所 示 。
设计经 验 或 有 限 元 计 算值
曲臂局部位移
构件 处 于 弹 性
阶段
小于设计经验值
小于设计经验值
大于设计经验值
第６期
俞 登 科 等 ：基 于 性 能 目 标 的 特 高 压 输 电 塔 抗 风 可 靠 度 分 析
６５９
能目标进行量化，才 能 对 可 靠 度 分 析 和 结 构 设 计 的 工程实践具有指导性和实用性。在设计和工程实践 中，判断输电塔是否 满 足 预 定 功 能 要 求 和 是 否 处 于 良好的工作状态，以 主 材 应 力 和 塔 架 位 移 为 控 制 标 准 ，具 体 描 述 为 ：
第 ３３ 卷 第 ６ 期 ２０１３ 年 １２ 月
防灾减灾工程学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３
基于性能目标的特高压输电塔抗风可靠度分析＊
俞登科，李正良，韩 枫，汪之松
（重庆大学土木工程学院，重庆 ４０００４５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｄａｍａｇｅｄ ｉｎ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｒ ｅｖｅｎ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｕｎｄｅｒ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｒａｄｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｏｗｅｒｓ，ｔｈｅｉｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｂｅ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ａｎｄ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ－ ｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ．Ａ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｓ ｅｓ－ ｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｔａｋｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｖｅｒｔｅｘ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｓ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｌｉａ－ ｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ ｔｏｗｅｒ ｎａｍｅｄ ＳＺ３０１，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ １０００ ｋＶ ｄｏｕｂｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｂｅｔｗｅｅｎ Ａｎｈｕｉ ａｎｄ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｈｉｇｈ－ｏｒｄｅｒ ａｄａｐ－ ｔｉｖｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｂｅ ｓｉｇｎｉｆｉ－ ｃａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｗｉｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｒｅ－
本文根据灾害实例和输电塔的受力特点、破坏模 式及其失效规律［５，６］，提出以应力比和 顶 点 位 移 作 为 控制标准的性 能 目 标 ，并 对 性 能 目 标 进 行 相 应 量 化 。 结 合 自 适 应 高 次 响 应 面 法［７］，对 特 高 压 输 电 塔 结 构 进 行抗风静力性能可靠度分析的结果表明，本文所建议 的性能水准框架及可靠度分析方法有效且可行。
１．２ 量 化 模 型
上 述 性 能 水 准 只 是 一 个 定 性 的 描 述 ，必 需 对 性
表 １ 特 高 压 输 电 塔 结 构 抗 风 性 能 水 准 的 定 性 描 述 Ｔａｂｌｅ １ Ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｏｆ ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ′ｓ ｗｉｎｄ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｂｅｈａｖｉｏｒ
Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｔｏｗｅｒ ｕｎｄｅｒ Ｗｉｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＹＵ Ｄｅｎｇ－ｋｅ，ＬＩ Ｚｈｅｎｇ－ｌｉａｎｇ，ＨＡＮ Ｆｅｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｉ－ｓｏｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４５，Ｃｈｉｎａ）
类别பைடு நூலகம்
基本完好
轻微破坏
中等破坏
严重破坏及倒塌
塔身 应力
现象
无 损，所 有 构 件 处于弹性阶段
次斜材 出 现 塑 性 变 形 或 挠 曲，塔 腿 斜 材 和 柱 材 处 于 弹 性 阶 段，塔 体 系处于平衡状态
柱材出 现 塑 性 变 形 或 挠 曲，塔 体 系 处 于 平 衡 状态
柱材出 现 较 大 塑 性 变 形或挠 曲 从 而 失 去 继 续承载能力
摘 要 ：特 高 压 输 电 塔 作 为 风 敏 感 结 构 ，在 不 同 风 荷 载 强 度 等 级 作 用 下 ，会 遭 受 不 同 程 度 的 损 伤 和 破 坏 甚 至 倒 塌 。 除 了关注倒塌这一严重破坏，对于特高压输电塔在运营期间不同的受损程度，即不 同 的 性 能 水 准 和 表 现 也 应 重 视 ，并 采取相应的加固维修措施。通过大量调研和分析，提 出 以 应 力 比 和 顶 点 位 移 为 控 制 标 准 的 性 能 目 标 ，并 建 立 了 其 性能水准量化模型；进而结合自适应高次响应面法，对 皖 电 东 送—上 海 １０００ｋＶ 双 回 路 输 电 线 路 中 的 ＳＺ３０１ 直 线 塔进行了相应的抗风静力性能可靠度分析，从而验证 了 所 建 议 性 能 水 准 框 架 及 可 靠 度 分 析 方 法 的 可 行 性 ，对 工 程 设计和实践具有一定的指导意义。 关 键 词 ：特 高 压 输 电 塔 ；可 靠 度 ；抗 风 性 能 ；响 应 面 法 ；失 效 概 率 中 图 分 类 号 ：ＴＭ７５３ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１６７２－２１３２（２０１３）０６－０６５７－０６
６５８
防 灾 减 灾 工 程 学 报
第 ３３ 卷
引 言
与一 般 的 架 空 输 电 线 路 相 比，特 高 压 输 电 塔 线 体系具有塔体高 度 高、跨 度 大 等 特 点。 对 这 样 的 兼 有高耸结 构 和 大 跨 度 结 构 共 同 特 点 的 输 电 塔 线 体 系 ，风 荷 载 往 往 成 为 控 制 荷 载 ，对 其 进 行 抗 风 可 靠 度 分析是很有必要的 。 ［１－４］ 然而，在现有输电线 路 可 靠 度 分 析 中 ，研 究 热 点 多 集 中 于 倒 塌 这 一 终 极 状 态 ，甚 少关注输 电 线 路 在 运 行 期 间 的 可 靠 度 表 现。 实 际 上 ，特 高 压 输 电 线 路 在 其 服 役 期 间 ，会 经 受 不 同 的 荷 载 （如 长 期 风 振 疲 劳 、偶 然 冲 击 荷 载 等 ），导 致 其 性 能 逐步弱化并最终 破 坏 或 倒 塌。 因 此，关 注 其 不 同 的 性能表现，即不同 的 性 能 水 准，并 进 行 相 应 的 维 护、 维修及加固甚至重 建，显 然 是 更 符 合 实 际 安 全 性 及 经济性要求的。
ｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ；ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ
＊ 收稿日期：２０１３－０１－０４；修回日期：２０１３－０３－２４ 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （５１２０８５３７）资 助 作 者 简 介 ：俞 登 科 （１９８７－），男 ，博 士 研 究 生 。 主 要 从 事 结 构 工 程 和 输 电 线 路 抗 风 及 可 靠 度 分 析 。 Ｅｍａｉｌ：ｙｕｄｅｎｇｋｅｖｉｐ＠１２６．ｃｏｍ
１ 性能水准及量化模型
１．１ 性 能 水 准
根据 我 国 输 电 线 路 风 灾 的 现 状 及 灾 害 实 例 分 析，强 风 作 用 下 输 电 塔 破 坏 和 倒 塌 模 式 主 要 分 为 ４ 类 ：① 塔 腿 以 上 塔 身 第 １、第 ２ 塔 段 出 现 比 较 严 重 的
破坏，部分斜材断 裂；受 压 侧 塔 腿 比 较 完 整，未 发 生 严 重 的 变 形 或 者 屈 曲 。 ② 塔 腿 以 上 塔 身 的 第 １、第 ２ 塔 段 发 生 严 重 的 破 坏 ，相 互 之 间 扭 作 一 团 ，受 压 侧 主 材在塔腿上面部位 已 经 断 裂；塔 腿 从 根 部 开 始 完 全 倒 伏 。 ③ 塔 身 中 部 发 生 严 重 破 坏 ，塔 腿 部 完 整 无 损 。 ④ 塔 头 完 全 破 坏 ，挂 落 在 塔 身 顶 部 ；塔 腿 和 塔 身 部 分 完整无损。
（１）主柱材（角 钢 或 圆 钢）。 为 了 检 验 输 电 塔 设 计计算时对控制应 力 比 设 置 的 合 理 性，国 内 多 次 针
对采用双角钢十字形组合截面主材的铁塔进行了真 型塔力学试验，为双 角 钢 十 字 形 组 合 截 面 构 件 稳 定 承载力研究提供 了 宝 贵 的 数 据。 输 电 塔 设 计 时，以 钢材应力比ξ 为 控 制 标 准 之 一，ξ＝ｆ′／ｆ。 其 中，ｆ′ 为设计应力，ｆ＝ｆｙ／γＲ 为允许应力。ξ＜１．００时，通 常称之为应 力 比 １００％，设 计 控 制 时 定 为 是 安 全 可 靠的；１．００≤ξ＜１．１５ 时，钢 材 进 入 塑 性 阶 段，设 计 控制时定为主柱材进入 破 坏 阶 段；ξ≥１．１５ 时，主 柱 材进入强度屈服，输 电 塔 塔 架 钢 材 超 越 严 重 破 坏 或 倒塌的临界点。
工程 实 践 中，其 针 对 主 柱 材 和 塔 腿 斜 材 塑 性 变 形 或 挠 度 、塔 顶 点 位 移 和 局 部 变 形 ，现 场 常 以 多 视 角 的肉眼观察是否处 于 经 验 范 围，尚 未 建 立 标 准 的 检 测手段和检测限 定 值。 同 样，应 力 比 是 否 超 越 承 载 力要求的检测，材料 屈 服 后 强 度 对 塔 架 系 统 安 全 性 的影响，亦未建 立 标 准 的 检 测 手 段。 根 据 输 电 塔 倒 塌 实 例 分 析 、结 合 设 计 规 范 要 求 ，以 控 制 点 的 位 移 和 挠度为标准，同时考 虑 局 部 变 形 （地 线 支 架、横 担 和 曲臂）的 作 用，主 要 是 针 对 变 形 后 塔 架 体 系 能 否 恢 复 ，建 立 了 性 能 水 准 。
维护 标准
可忽略
经过常 规 修 复 可 继 续 经过常 规 修 复 可 继 续
使用
使用
重大修复或不可修复
塔顶点位移
文献［９］允许值 小于设计经验值
大于设计经验值
设计经 验 或 有 限 元 计 算值
地 线 支 架、横 担 局部位移
构件 处 于 弹 性 阶段
小于设 计 经 验 值 （预 起 拱值）
大于设计经验值
通过对多种 电 压 等 级 （２２０、３３０、４００、５００、７５０、 １０００ｋＶ）的输 电 塔 在 运 行 过 程 中 出 现 的 破 坏 或 倒 塌工况等资料的汇 集 与 分 析，提 出 特 高 压 输 电 塔 结 构 抗 风 性 能 ４ 阶 段 水 准 的 定 性 描 述 ：基 本 完 好 、轻 微 破 坏 、中 等 破 坏 和 严 重 破 坏 及 倒 塌 ，如 表 １ 所 示 。
设计经 验 或 有 限 元 计 算值
曲臂局部位移
构件 处 于 弹 性
阶段
小于设计经验值
小于设计经验值
大于设计经验值
第６期
俞 登 科 等 ：基 于 性 能 目 标 的 特 高 压 输 电 塔 抗 风 可 靠 度 分 析
６５９
能目标进行量化，才 能 对 可 靠 度 分 析 和 结 构 设 计 的 工程实践具有指导性和实用性。在设计和工程实践 中，判断输电塔是否 满 足 预 定 功 能 要 求 和 是 否 处 于 良好的工作状态，以 主 材 应 力 和 塔 架 位 移 为 控 制 标 准 ，具 体 描 述 为 ：
第 ３３ 卷 第 ６ 期 ２０１３ 年 １２ 月
防灾减灾工程学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２０１３
基于性能目标的特高压输电塔抗风可靠度分析＊
俞登科，李正良，韩 枫，汪之松
（重庆大学土木工程学院，重庆 ４０００４５）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｓ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｄａｍａｇｅｄ ｉｎ ｄｉｆ－ ｆｅｒｅｎｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｒ ｅｖｅｎ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｕｎｄｅｒ ｗｉｎｄ ｌｏａｄ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｇｒａｄｅ．Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｔｏｗｅｒｓ，ｔｈｅｉｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｈｏｕｌｄ ａｌｓｏ ｂｅ ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ ａｎｄ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ－ ｍｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｐａｉｒ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｔａｋｅｎ．Ａ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｉｓ ｅｓ－ ｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｔａｋｅｓ ｓｔｒｅｓｓ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｖｅｒｔｅｘ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｓ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｓ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｗｉｎｄ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｒｅｌｉａ－ ｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ ｔｏｗｅｒ ｎａｍｅｄ ＳＺ３０１，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｆｒｏｍ １０００ ｋＶ ｄｏｕｂｌｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｂｅｔｗｅｅｎ Ａｎｈｕｉ ａｎｄ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｈｉｇｈ－ｏｒｄｅｒ ａｄａｐ－ ｔｉｖｅ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｅｘａｍｐｌｅ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｆｅａｓｉｂｌｅ ａｎｄ ｂｅ ｓｉｇｎｉｆｉ－ ｃａｔｉｖｅ ｔｏ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｌｔｒａ－ｈｉｇｈ ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｏｗｅｒ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ；ｗｉｎｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｒｅ－