输电塔作为电力输送系统的安全支柱,其任何形式的局部破坏或整体倒塌都将导致严重的后果,特别是老旧型的输电杆塔,具有杆塔基数大、服役时间长、结构设计理论不完善的共同特点,倒塔基数逐年上升,给国民经济以及群众生活造成重要的影响。因此,迫切需要对老旧杆塔进行安全性评价,并进一步改善其性能以延长其服役寿命。本文围绕老旧输电杆塔性能分析建立了输电杆塔结构分析的宏观模型和局部细观分析的多尺度数值计算模型,开展了结构静动力特性的研究,系统地进行了不利工况下输电塔结构的安全性分析,分析了结构的失效过程,提出了结构补强方案并进行了校核计算。主要从以下方面开展研究。研究工作实现了面向结构诊治的杆塔自动化数值模拟并进行了杆塔结构的安全性分析,采用APDL语言实现了同一类型不同呼高杆塔结构的快速建模,可应用于结构安全性的批量研究;通过结构静动力特性的分析进行了安全性的评估,结果表明杆塔杆件存在局部结构承载力不足的现象,造成薄弱局部发生构件失效并导致结构的整体破坏。老旧杆塔的倒塌一般是由于某些关键局部的破坏所导致,文中分析了塔身结构存在的薄弱位置,建立了局部的细观模型,充分考虑了结构局部的几何位置以及材料信息;并且通过USERMAT接口基于FORTRAN语言完成了ANSYS软件弹塑性损伤本构模型的二次开发并进行了关键局部细观模型的损伤分析,确定了杆塔结构局部失效的演化过程。结果表明,材料的损伤始于角钢外侧的塑性区并逐步扩展,随着载荷增加,部分单元发生失效并且局部构件产生较大弯扭变形最终导致局部结构破坏。为了研究局部模型的分析结果在整体结构中的影响,本文建立了同时包含宏观模型和细观损伤模型的多尺度模型并进行整体结构的损伤分析,得到了结构失效过程中局部的损伤演化过程,通过改进USERMAT子程序实现了多尺度模型的损伤演化分析。在多尺度模型中不仅可以进行整体结构的受力分析,而且对于关键局部可以进行深入细观层面损伤的研究。对节点进行了不同的连接方式的考虑并进行了数值模型的对比分析,结果表明连接方式对于模型整体的受力状态影响较小,局部发生的弯扭变形导致了杆塔破坏。综合上述杆塔结构的安全性分析,提出了输电塔结构的加固补强方案,采用单元的生死处理技术以及重启动的方法建立了加固结构的数值模型,通过加固前后数值模型与真型实验的数据对比分析验证了加固方案的可行性。结合上述材料子程序进行加固模型的损伤分析,进一步比较了加固前后结构的动力特性,结果表明加固方案十分有效,对老旧杆塔的改造具有重要的工程应用价值。