综合评价计算塔材实际强度的塔材强度评估和计算方法

摘要

本发明公开了一种综合评价计算塔材实际强度的塔材强度评估和计算方法，应用粗糙集理论对指标集进行约简；采用主观权重和客观权重相结合的方法，确定评价指标权重；根据建立的评价等级集，运用模糊数学方法综合评价计算塔材实际强度，可解决演化过程中影响塔材强度因素效度不清晰这一典型不确定性问题。该方法可为铁塔结构安全评估提供重要的科学判据。

主权项

一种综合评价计算塔材实际强度的塔材强度评估和计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：指标集约简；步骤2：因素集权重确定；步骤3：隶属函数确定；步骤4：实际强度评估；所述步骤1中的指标为110kV电压等级线路铁塔强度评价基本指标体系；(1)基本指标体系主要由气象区条件、亚强度损伤、导线应力及机械振动三大类因素构成；因素集为：U＝{U₁,U₂,U₃}，其中U₁＝{u₁₁,u₁₂,u₁₃,u₁₄,u₁₅}，U₂＝{u₂₁,u₂₂,u₂₃,u₂₄,u₂₅,u₂₆}，U₃＝{u₃₁,u₃₂,u₃₃,u₃₄}；1)气象区条件U₁：风速(最大风)u₁₁，大气温度(最低温)u₁₂，年平均气温u₁₃，覆冰厚度(最厚覆冰)u₁₄，年雷暴日天数u₁₅；2)亚强度损伤U₂：运行时间u₂₁，弯曲修复次数u₂₂，裂痕修复次数u₂₃，雷电或故障电流损伤次数u₂₄，重覆冰疲劳次数u₂₅，平均运行应力/最大运行应力u₂₆；3)导线应力及机械振动U₃：导线分裂数u₃₁，风向与线路角u₃₂，地表面粗糙程度u₃₃，钢材锈蚀量为u₃₄；根据评价因素对塔材强度的影响程度不同分为五个等级，分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ，等级Ⅰ表示对塔材实际强度影响很小，等级Ⅱ表示对塔材实际强度影响较小，等级Ⅲ表示对塔材实际强度影响中等，等级Ⅳ表示对塔材实际强度影响较大，等级Ⅴ表示对塔材实际强度影响很大；(2)粗糙集进行属性约简：以Ⅱ的指标值作为各最初评价指标的阀值，满足Ⅱ的指标值则为1，否则为0，则由表2和表3数据进行数据离散化，便可得出最初评价指标信息；根据粗糙集理论，进行属性重要度约简：U/R＝{{1,7},{2,4},{3,6,8},{5}}U/(R‑{u₁₁})＝{{1,3,5,7,8},{2,4}}U/(R‑{u₁₂})＝{{1,2,4,5,7},{3,6,8}}U/(R‑{u₁₃})＝{{1,7},{2,4},{3,6,8},{5}}U/(R‑{u₁₄})＝{{1,5,7},{2,4},{3,6,8}}U/(R‑{u₁₅})＝{{1,7},{2,4},{3,6,8},{5}}U/(R‑{u₁₃,u₁₅})＝{{1,7},{2,4},{3,6,8},{5}}U/R≠U/(R‑{u₁₁})U/R≠U/(R‑{u₁₂})U/R≠U/(R‑{u₁₄})U/R＝U/(R‑{u₁₃})＝U/(R‑{u₁₅})＝U/(R‑{u₁₃,u₁₅})经过属性重要度约简，计算可知指标u₁₃、u₁₅是冗余的；同理，分别对亚强度损伤因素和导线应力及机械振动因素进行属性重要度约简，得到最终评价指标为：U＝{U₁,U₂,U₃}，其中U₁＝{u₁₁,u₁₂,u₁₄}，U₂＝{u₂₁,u₂₂,u₂₃,u₂₄,u₂₅}，；步骤4的具体方法：1)一级模糊综合评价：由隶属度函数得到因素U_i的评价模糊关系R_i，r_kj(i)表示在因素U_i中二级第k种因素对第j级评价标准的隶属度；对每个因素进行一级模糊综合评价，评价结果记为B_i，即：其中b_i1＝a_i1·r_11(i)+a_i2·r_21(i)+…+a_im·r_m1(i)；再将B_i归一化得到B′_i，记B′_i＝[b′_i1 b′_i2 … b′_in]，其中2)二级模糊综合评价：在一级模糊综合评价的基础上，将评价向量B′_i合成为R，其中R为因素集U到评价集Y的模糊关系矩阵，即综合评价变换矩阵；进行二级模糊综合评价，记为B，即：其中b_i＝A₁·r_1i+A₂·r_2i+…+A_m·r_mi；再将B归一化得到最终的模糊评价向量B'，B'记B'＝[b′₁ b′₂ … b′_n]，其中$b_i^{\prime }=b_i/\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{b}_j,(i=1,2,...,n);$采用最大隶属度原则得出评价等级，其相对应的取值为α；查表得出塔材的理想拉断力T_p，通常取塔材的综合拉断力为理想拉断力的95％，即95％T_p；因此塔材强度的综合拉断力T′_p＝α·95％T_p；在复杂工况下通过计算得出端点拉力为T_t，将T_t与T′_p进行比较，得出铁塔结构安全的最终结果；若T_t＞T′_p，则表示在此情况下会铁塔不安全。