FAST馈源支撑塔结构优化设计
发布时间：2021-01-16 08:23
六基馈源支撑塔是FAST望远镜馈源支撑系统中的核心承载结构。该文介绍了馈源支撑塔的功能特点,针对设计任务书提出的各项要求对塔结构的优化设计进行了详细叙述。最后对于塔的关键设计指标-基频进行了仿真建模和计算校核,并与六塔的基频实测结果进行了对比分析,结果表明计算值与实测值吻合较好。
【文章来源】：工程力学. 2017,34(S1)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
FAST望远镜工程效果图及工程建设全景Fig.1Designrenderingandbird’seyeviewofFASTtelescope600m
睾稀?相邻各塔中心坐标与场地中心坐标的水平连线夹角为60°，六塔按时钟方位分别命名为1H、3H、5H、7H、9H和11H。六塔塔顶设备层平台海拔高度均为1108m，其上安装钢索的导向滑轮和回转机构。六塔从设备层到塔底的高度均超过百米，其中11H塔高度达到168m。支撑塔所处大窝凼洼地位于贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，区域内碳酸盐岩广泛分布，洼地原始地貌起伏不平呈锯齿状。建塔之前洼地经历了大规模土方开挖、危岩清理和边坡支护作业，并修建了一条螺旋道路直通洼地底部，其现场三维地形地貌和开挖设计平面图如图3所示。六塔均位于洼地周边山峰的山腰位置，经过现场土方作业后，因附近切方边坡和道路的因素，塔所处局部区域地形地貌起伏剧烈，六塔平面区域内地形高差最大达25m，其中3H、7H和11H塔还横跨螺旋道路。恶劣的地形条件和保证道路通行能力的要求是馈源支撑塔结构设计面临的首要问题。该处桥梁已变更为道路，详见桥改路施工图设计，环形道路环形道路进场道路螺旋道路挖方边坡下拉索地锚卷扬机机房和配电房小窝凼回填区1h3h5h7h9h11h图3大窝凼洼地三维地貌及馈源支撑六塔位置平面图Fig.33DtopographyoftheDawodangdepressionandpositionplaneof6feedsupporttowers
刂坪稍匚?绾稍睾透炙髡?力[3―4]。馈源支撑塔所处贵州区域抗震设防烈度为6度，不考虑抗震验算，但考虑到塔结构的重要性，抗震设防烈度提升为7度，进行抗震验算。设计风速为离地10m高、10分钟平均风速约22m/s，按50年一遇的标准考虑。由于支撑塔地处起伏的山区，缺乏长期的气象观测资料，难以确定计算风速的起算高度。考虑到支撑塔为高耸柔性结构，为保证设计结果偏于安全，从洼地底部开始计算风速的起算高度，地面粗糙度的影响按B类地貌考虑。钢索张力是由六根并联钢索牵引馈源舱升空并在焦面上运动所产生。如图4所示，支撑塔所受的索张力为连接馈源舱方向的拉力和通过塔顶导向滑轮后垂直向下的张力。正常工作状态支撑塔所承受的索张力包括稳态索张力和脉动索张力两部分，各类索力发生时的舱位置、索力大小和方向如表1所示。图4塔顶设备层钢索张力的变化Fig.4Changeofcableforceimposedontowertop稳态索张力是由馈源舱自重、钢索自重和索上悬挂的窗帘式缆线入舱机构自重所产生，索张力的大小和方向随舱位置的改变而改变。因馈源舱的最大运动速度仅有24mm/s，因此索力变化缓慢，处于准静态。在塔顶处，索张力方向的水平投影与塔分布圆的径向所成夹角在±20°范围变化。在正常运行状态下稳态索张力约在140kN~400kN变化，最小值发生于馈源舱从停靠平台升空的位置，最大值发生于舱运动到焦面边缘且距离该塔最近的位置。文献[5]给出了馈源舱在焦面运动时其中一根钢索的稳态张力分布情况，如图5所示。望远镜正常观测时，随着馈源舱在焦面上的往返运动，稳态索张力的变化具有循环特征。脉动索张力是由风扰、索驱动设备扰动或馈源舱运行中的加/减速过程作用于舱索系统所产生，其中风扰引起的脉动索力频率与舱索系统的固有?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Five hundred meter aperture spherical radio telescope （FAST）[J]. NAN Rendong National Astronomical Observatories, Beijing 100012, China. Science in China（Series G:Physics,Mechanics & Astronomy）. 2006(02)
本文编号：2980473
【文章来源】：工程力学. 2017,34(S1)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
FAST望远镜工程效果图及工程建设全景Fig.1Designrenderingandbird’seyeviewofFASTtelescope600m
睾稀?相邻各塔中心坐标与场地中心坐标的水平连线夹角为60°，六塔按时钟方位分别命名为1H、3H、5H、7H、9H和11H。六塔塔顶设备层平台海拔高度均为1108m，其上安装钢索的导向滑轮和回转机构。六塔从设备层到塔底的高度均超过百米，其中11H塔高度达到168m。支撑塔所处大窝凼洼地位于贵州高原向广西丘陵过渡的斜坡地带，区域内碳酸盐岩广泛分布，洼地原始地貌起伏不平呈锯齿状。建塔之前洼地经历了大规模土方开挖、危岩清理和边坡支护作业，并修建了一条螺旋道路直通洼地底部，其现场三维地形地貌和开挖设计平面图如图3所示。六塔均位于洼地周边山峰的山腰位置，经过现场土方作业后，因附近切方边坡和道路的因素，塔所处局部区域地形地貌起伏剧烈，六塔平面区域内地形高差最大达25m，其中3H、7H和11H塔还横跨螺旋道路。恶劣的地形条件和保证道路通行能力的要求是馈源支撑塔结构设计面临的首要问题。该处桥梁已变更为道路，详见桥改路施工图设计，环形道路环形道路进场道路螺旋道路挖方边坡下拉索地锚卷扬机机房和配电房小窝凼回填区1h3h5h7h9h11h图3大窝凼洼地三维地貌及馈源支撑六塔位置平面图Fig.33DtopographyoftheDawodangdepressionandpositionplaneof6feedsupporttowers
刂坪稍匚?绾稍睾透炙髡?力[3―4]。馈源支撑塔所处贵州区域抗震设防烈度为6度，不考虑抗震验算，但考虑到塔结构的重要性，抗震设防烈度提升为7度，进行抗震验算。设计风速为离地10m高、10分钟平均风速约22m/s，按50年一遇的标准考虑。由于支撑塔地处起伏的山区，缺乏长期的气象观测资料，难以确定计算风速的起算高度。考虑到支撑塔为高耸柔性结构，为保证设计结果偏于安全，从洼地底部开始计算风速的起算高度，地面粗糙度的影响按B类地貌考虑。钢索张力是由六根并联钢索牵引馈源舱升空并在焦面上运动所产生。如图4所示，支撑塔所受的索张力为连接馈源舱方向的拉力和通过塔顶导向滑轮后垂直向下的张力。正常工作状态支撑塔所承受的索张力包括稳态索张力和脉动索张力两部分，各类索力发生时的舱位置、索力大小和方向如表1所示。图4塔顶设备层钢索张力的变化Fig.4Changeofcableforceimposedontowertop稳态索张力是由馈源舱自重、钢索自重和索上悬挂的窗帘式缆线入舱机构自重所产生，索张力的大小和方向随舱位置的改变而改变。因馈源舱的最大运动速度仅有24mm/s，因此索力变化缓慢，处于准静态。在塔顶处，索张力方向的水平投影与塔分布圆的径向所成夹角在±20°范围变化。在正常运行状态下稳态索张力约在140kN~400kN变化，最小值发生于馈源舱从停靠平台升空的位置，最大值发生于舱运动到焦面边缘且距离该塔最近的位置。文献[5]给出了馈源舱在焦面运动时其中一根钢索的稳态张力分布情况，如图5所示。望远镜正常观测时，随着馈源舱在焦面上的往返运动，稳态索张力的变化具有循环特征。脉动索张力是由风扰、索驱动设备扰动或馈源舱运行中的加/减速过程作用于舱索系统所产生，其中风扰引起的脉动索力频率与舱索系统的固有?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Five hundred meter aperture spherical radio telescope （FAST）[J]. NAN Rendong National Astronomical Observatories, Beijing 100012, China. Science in China（Series G:Physics,Mechanics & Astronomy）. 2006(02)
本文编号：2980473
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