摘要
输电线路作为供电系统的重要部分，承担着电力分配与输送的任务，能够有效缓解跨区域间的电力供需矛盾，为电源侧电力可靠供给和负荷侧电力稳健消纳提供可持续保障。输电线路分布范围十分广泛且不可避免地穿越地震高烈度区，强震作用下输电线路极易发生倒塌破坏事故，严重威胁电网的安全稳定运行。随着社会经济高速发展和用电需求日益增长，输电塔-线体系也势必朝着电压等级更高、建设规模更大和结构类型更复杂的方向发展，导致输电塔-线体系面临更高的地震破坏风险。因此，开展输电塔-线体系地震风险与韧性研究，对保障强震下电力安全可持续供应具有重要意义。 根据历史地震资料，地震通常以序列形式发生，一次强震过后往往会发生多次余震。主震后遭受不同程度损伤的结构通常无法及时维修或改造，随后余震会加剧结构损伤状态甚至造成倒塌破坏。然而，目前关于输电塔-线体系抗震性能研究均基于单一主震，而考虑主余震序列的相关研究仍存在较大空白;现行抗震设计规范通常采用基于单一主震的设计方法，而忽略余震对结构附加受损的影响，导致结构抗震性能无法满足设计要求。基于此，为了在输电塔-线体系抗震设计中考虑余震的附加影响，本文针对主余震序列下输电塔-线体系的概率需求、易损性和风险性以及抗震韧性等方面进行了一系列研究，主要研究内容包括: (1)开展了角钢构件循环加载试验和数值模拟分析，研究了低周循环荷载下角钢构件的非线性滞回特性，明确了不同参数（长细比、宽厚比和初始缺陷）对角钢构件滞回行为的影响规律;基于此，提出了角钢构件非线性现象学滞回模型，推导了不同物理阶段的应力-应变关系数学表达式，研发了现象学滞回模型用户材料子程序，建立了输电塔-线体系连续性倒塌破坏模拟方法，并通过输电塔真型试验和数值模拟验证其准确性和可靠性，为输电塔-线体系地震倒塌破坏分析提供了可靠手段; (2)选取了289条真实主余震序列和36个地震动强度指标，对比了主震和余震不同强度指标的散点分布规律和区间累计情况，并采用Pearson相关系数分析了主余震强度指标的相关程度;基于输电塔结构特点，选取了描述输电塔变形和损伤的不同结构需求参数，明确了余震对输电塔结构需求参数的影响规律;建立了主余震序列强度指标和输电塔结构需求参数综合评价模型，为主余震序列下输电塔-线体系概率性风险与韧性分析提供了指标或参数最佳选择; (3)建立了输电塔-线体系有限元模型，基于多水准抗震设计目标对其划分不同性能状态，并结合Pushover分析方法和等能量法确定了不同性能状态的临界值;开展了主余震序列下输电塔-线体系概率地震需求分析，研究了主余震序列不同合成方法、输入方向和断层类型对输电塔-线体系不同性能状态的影响规律，明确了结构发生不同受损程度时的余震考虑原则; (4)基于输电塔-线体系的场地条件和设防要求，得到了地震危险性曲线，明确了不同强度地震动的年超越概率;开展了主余震序列下输电塔-线体系易损性分析，明确了余震对结构不同性能状态超越概率的影响;结合地震危险性和易损性，建立了考虑余震影响的输电塔-线体系概率性风险评估方法，揭示了余震类型对不同设计基准期内输电塔-线体系风险概率的影响规律; (5)提出了考虑不同性能状态经济损失与恢复时间占比的功能恢复模型，建立了主余震序列下输电塔-线体系抗震韧性评估方法，研究了余震作用对输电塔-线体系功能损失、恢复时间、功能恢复过程和韧性指标的影响规律;进一步考虑功能损失、恢复时间和恢复后功能的不确定性，讨论了影响输电塔-线体系抗震韧性的关键因素;结合地震危险性，研究了不同设计基准期内输电塔-线体系的抗震韧性，为灾害下输电塔-线体系韧性评估提供参考。
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