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1、大跨越輸電塔風(fēng)荷載計(jì)算的探討孔偉,李華,薛慶蓮(東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院,吉林吉林132012)摘要:利用ANSYS建立大跨越輸電塔結(jié)構(gòu)的有限元模型,進(jìn)行模態(tài)分析得到結(jié)構(gòu)的自振周期及振型。由此計(jì)算出鐵塔各段風(fēng)振系數(shù),從而計(jì)算結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載,為輸電塔風(fēng)荷栽計(jì)算提供一些參考依據(jù)。關(guān)鍵詞:大跨越輸電塔;模態(tài)分析;風(fēng)荷栽中圖分類(lèi)號(hào):TM75文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672—4011(2010)03一0037一020前言大跨越輸電塔具有高聳柔性的特點(diǎn),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,風(fēng)荷載是主要的控制性荷載。而計(jì)算風(fēng)荷載過(guò)程中,考慮到脈動(dòng)風(fēng)壓作用,計(jì)算結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)成為必要。
2、輸電塔風(fēng)荷載計(jì)算公式:117=jB牡牡z(mì)toqF當(dāng)桿塔全高超過(guò)60m時(shí),風(fēng)振系數(shù)尻的取值要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來(lái)計(jì)算¨J。計(jì)算風(fēng)振系數(shù)必需要計(jì)算結(jié)構(gòu)的自振周期以及振型,《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB5001—2001)中給出高聳結(jié)構(gòu)第一自振周期的估算公式:TI=(0.007—0.013)日上述公式適用于具有連續(xù)變化外形和質(zhì)量的塔式結(jié)構(gòu),而輸電塔在橫擔(dān)部位存在幾何尺寸和質(zhì)量的較大突變,若用上述公式估算結(jié)構(gòu)的自振周期并不符合輸電塔結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況舊jJ。本文利用有限元程序ANSYS對(duì)某一大跨越輸電塔建立三維有限元數(shù)值模型,研究其動(dòng)力特性從而計(jì)算出結(jié)構(gòu)的
3、自振周期,進(jìn)行輸電塔風(fēng)荷載的計(jì)算。1鐵塔的有限元分析1.1有限元模型的建立輸電塔塔高134.8In,呼程高113m,塔主材用Q345鋼,其余材料為Q235鋼材,材料為角鋼截面。密度p=7850kg/MPa,彈性模量E=2.06×105MPa,結(jié)構(gòu)阻尼比∈=0.05,考慮到鐵塔中的墊板、螺栓以及節(jié)點(diǎn)板的質(zhì)量,材料的密度放大1.45倍。塔主材用空間梁?jiǎn)卧狟eaml89模擬,其余桿件用空間桿單元Link8模擬,鐵塔與基礎(chǔ)為圖1輸電塔有限元模型固接,并假設(shè)材料處于彈性工作階段。輸電塔三維有限元模型如圖1。1.2模態(tài)分析在ANSYS程序中,選用子空間法對(duì)有
4、限元模型進(jìn)行模態(tài)分析并提取前5階振型。結(jié)構(gòu)自振頻率和自振周期如表1所示。衰1結(jié)構(gòu)前5階自振特性表振型12345頻率(Hz)O.60l0.6020.9280.9921.379周期(s)1.6641.6611.0781.0080.725計(jì)算結(jié)果得到結(jié)構(gòu)的第一自振周期五為1.664s,各階振型圖如圖2所示。l階振型2階振型3階振型4階振型5階振型圈2結(jié)構(gòu)前5階振型圖2結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算風(fēng)荷載體型系數(shù)地和風(fēng)壓高度系數(shù)p:可以根據(jù)不同塔層的幾何尺寸以及各層高度來(lái)查表確定。風(fēng)振系數(shù)危=1+夠t,%p,咖:/如,輸電塔基本風(fēng)壓為‰=0.56kN/m2,按照曰類(lèi)地
5、貌計(jì)算。有‰礙=1.55,查表可以得到脈動(dòng)增大系數(shù)f=2.67;脈動(dòng)影響系數(shù)”=0.89,修正系數(shù)如和以根據(jù)不同塔層查表確定,振型系數(shù)可以根據(jù)各個(gè)塔層的相對(duì)高度來(lái)查表確定。經(jīng)計(jì)算,各段風(fēng)振系數(shù)值加權(quán)平均后為1.47,小于1.6,不滿足規(guī)程要求,因而要進(jìn)行調(diào)整。結(jié)構(gòu)投影面積,由輸電塔每一段幾何尺寸和構(gòu)件型號(hào)來(lái)計(jì)算。鐵塔風(fēng)荷載計(jì)算如表2所示。表2結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算表塔層高度。(m)盧,地8:調(diào)整后尻,(Ill2)驢(kN)1142.381.1l1.041.2025.5845.412282.371.391.1l1.3025.2060.443422.401.
6、581.161.3523.6567.804542.341.7l1.241.4021.1066.195632.441.801.291.4511.6641.586692.471.851.321.508.5932.977752.291.911.361.559.1734.8l885.82.161.991.381.5515.7958.91994.61.952.OS1.411.6015.oo53.731098.42.122.081.421.604.8018.971l1051.852.121.431.608.2629.03121131.502.171.481.
7、659.3628.1513119.61.682.201.681.857.6529.2914124.12.022.231.7l1.905.3925.8315134.82.3l2.291.731.909.3452.56(下轉(zhuǎn)第39頁(yè))(2)用滾筒刷或毛刷均勻抹于混凝土表面,膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。待膠體表面指觸干燥后,再進(jìn)行下一步施工。(3)宜根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫決定樹(shù)脂的用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間。5.1.4碳纖維布粘帖(1)按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布(100mIlo寬)。(2)調(diào)制浸漬膠(方法同底層膠)。然后均勻涂抹于所要粘帖的部位,膠層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)
8、要求。(3)粘帖碳纖維布,用滾筒沿纖維方向多次滾壓,擠除氣泡,并使粘帖劑充分浸透碳纖維布。(4)表面防護(hù),在碳纖維布的表面抹20rrlr