小根开钢管塔的设计的关键问题研究

论文摘要

小根开塔是指高度与根开比大于10的铁塔,小根开塔不仅节约土地资源,减小线路走廊宽度,节省青苗赔偿,而且与普通铁塔一样,具有加工、运输、组装、维护方便等特点。由于小根开塔其根开小,内力大的特点,在设计中存在很多的问题,如风致响应和风振系数的确定,小根开塔的埃菲尔效应以及结构受力的几何非线性分析等方面亟需深入研究。本文以某一220kV同塔双回路直线窄基塔为工程背景,建立了详细的有限元计算模型,获得了结构的自振动力特性。在考虑节点风荷载空间相关性的基础上，利用Kaimal谱对结构的风荷载进行了,准确的数值模拟。结合动力时程积分法,计算得到了结构的风致振动响应时程。研究了结构位移平均值、位移均方根值和加速度均方根值的分布特点,同时分析了结构各层的荷载风振系数和位移风振系数,并与我国规范进行了对比。通过研究,揭示了窄基塔的风致振动特性,结果可作为窄基塔结构抗风设计的参考。本文还研究了小根开塔的埃菲尔效应,并对铁塔进行了非线性分析,得出了一些与线性分析所区别的结论,可以作为设计的一种参考。本文主要结论有：1)小根开钢管塔的荷载风振系数在沿高度上的数值分布不均匀,底部小,上部大；而位移风振系数在沿高度上的数值基本一致,如果全塔风振系数取同一数值时建议采用位移风振系数作为设计参考值较为合适。2)对于小根开塔,可以不考虑埃菲尔效应的影响；若要考虑,从时域法的计算结果统计分析可知,斜材内力基本在相应段主材内力的3%以内。3)对小根开进行非线性分析后发现,塔身主材的内力变化并不大,应力比增长值均小于4%；塔身斜材应力比增长范围为5%~15%；横隔材的应力比增长最大位于变坡：梁单元分析与杆单元得到的杆件的拉力和压力基本一致,梁单元计算的数值略小于杆单元的数值。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 研究背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 工程背景概况
• 1.5 本文主要研究工作
• 第二章 小根开钢管塔的风振特性分析
• 2.1 GSZ1塔自振特性分析
• 2.1.1 结构计算模式
• 2.1.2 有限元分析的单元及截面介绍
• 2.1.3 小根开塔有限元模型
• 2.1.4 小根开塔模态分析
• 2.2 小根开钢管塔的风荷载模拟
• 2.2.1 平均风速的确定
• 2.2.3 节点气动力的构造
• 2.2.4 动力时程的计算方法
• 2.2.5 阻尼的确定
• 2.2.6 动力计算结果
• 2.3 风振系数的确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 小根开钢管塔的埃菲尔效应研究
• 3.1 埃菲尔效应的原理
• 3.2 埃菲尔效应的计算方法
• 3.2.1 英国BS8100规范方法
• 3.2.2 欧洲ENV 1993-3-1规范方法
• 3.2.3 美国TIA-222-G规范方法
• 3.2.4 我国GB 50135-2006高耸规范方法
• 3.2.5 我国杆塔设计规定的方法
• 3.3 小根开塔埃菲尔效应计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 小根开钢管塔在各种荷载下的几何非线性分析
• 4.1 小根开塔有限元模型
• 4.2 小根开塔几何非线性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献