大跨越輸電塔風(fēng)荷載計算的探討.pdf

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1、大跨越輸電塔風(fēng)荷載計算的探討孔偉，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，進行模態(tài)分析得到結(jié)構(gòu)的自振周期及振型。由此計算出鐵塔各段風(fēng)振系數(shù)，從而計算結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載，為輸電塔風(fēng)荷栽計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)荷栽中圖分類號：TM75文獻標識碼：A文章編號：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，在設(shè)計過程中，風(fēng)荷載是主要的控制性荷載。而計算風(fēng)荷載過程中，考慮到脈動風(fēng)壓作用，計算結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)成為必要。

2、輸電塔風(fēng)荷載計算公式：117=jB牡牡ztoqF當(dāng)桿塔全高超過60m時，風(fēng)振系數(shù)尻的取值要按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來計算¨J。計算風(fēng)振系數(shù)必需要計算結(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)的實際情況舊jJ。本文利用有限元程序ANSYS對某一大跨越輸電塔建立三維有限元數(shù)值模型，研究其動力特性從而計算出結(jié)構(gòu)的

3、自振周期，進行輸電塔風(fēng)荷載的計算。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)點板的質(zhì)量，材料的密度放大1．45倍。塔主材用空間梁單元Beaml89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，選用子空間法對有

4、限元模型進行模態(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，按照曰類地

5、貌計算。有‰礙=1．55，查表可以得到脈動增大系數(shù)f=2．67；脈動影響系數(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)各個塔層的相對高度來查表確定。經(jīng)計算，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)件型號來計算。鐵塔風(fēng)荷載計算如表2所示。表2結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計算表塔層高度。(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)(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)計要求。待膠體表面指觸干燥后，再進行下一步施工。(3)宜根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定樹脂的用量并嚴格控制使用時間。5．1．4碳纖維布粘帖(1)按設(shè)計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

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，在碳纖維布的表面抹20rrlr