基于多尺度分析模型高压输电铁塔受力特性的分析

发布时间：2019-08-01 17:24

【摘要】：随高压输电线路铁塔荷载日益增大,铁塔构件规格越来越大,结构越来越复杂。目前铁塔分析计算模型通常假定构件均为中心相连的空间桁架模型,节点也均为中心节点。但是,实际铁塔结构中各构件存在空间相对位置的差异,铁塔各节点也不是理想的中心节点而目前通用设计软件一般无法考虑空间几何位置的差异,故分析计算结果并不一定能完全反应结构及构件真实受力,即构件及节点除了承受轴力,还承受面内／面外的弯矩。本文针对上述问题以及高压输电铁塔真型试验所得到实际承载力偏低的现象,根据铁塔的各构件实际尺寸和空间几何位置,采用ANSYS软件建立了真型试验塔的多尺度分析模型,反映局部典型节点的空间位置及构造,即局部典型节点考虑各构件几何尺寸及其空间位置；通过多尺度分析模型的计算结果与真型塔试验结果的分析对比,验证了多尺度分析模型的正确性。同时,采用中心连接的方法建立了空间刚架模型(梁模型)、梁-杆混合模型、空间桁架模型杆(杆模型),其中空间桁架模型为工程设计的通用分析模型。开展两种控制荷载作用下各种分析模型的结构非线性内力分析；对比分析各构件及节点的内力分析结果差异,讨论不同分析模型计算结果的差异及其构件真实受力特性。本文主要内容如下：(1)多尺度分析模型的建立采用ANSYS中的MPC184单元,实现了BEAM4与SOLID65、BEAM188与SOLID65之间的连接,建立了真型试验塔的多尺度分析模型。多尺度模型节点区的主材、节点板、斜材、横隔、辅助材均用SOLID45建模,节点区外的主材选用BEAM4单元建立,其余材料选用BEAM188单元建立。为与多尺度模型对比,采用中心连接的方法建立了相应的空间刚架模型、梁-杆混合模型、空间桁架模型。(2)多尺度分析模型计算结果与其余模型计算结果、试验结果对比分析多尺度模型与梁模型、杆模型、梁-杆混合模型均采用相同的材料属性,不同之处在于多尺度模型考虑了节点的实际构造。对比分析了两种工况下多尺度分析模型与其余模型观、真型塔试验的测点位移、轴力、弯矩、强度应力、承载力、破坏模式。分析结果表明：1)两种工况下,多尺度模型位移值与梁模型、梁-杆混合模型、杆模型位移值差在0.04%—2.51%之间,可认为多尺度模型正确。2)两种工况下,多尺度分析模型轴力值与梁模型、梁-杆混合模型轴力值差别在0.02%—4.31%之间,多尺度分析模型弯矩值与梁模型、梁-杆混合模型弯矩值相差很小,说明考虑节点实际几何构造对杆件轴力、不存在相对偏心的杆件弯矩值的影响较小。3)因杆模型杆件中无弯矩作用,所以杆模型的强度应力值小于其余模型的强度应力值,因此杆模型计算结果偏不安全。(3)交叉材内力分析比较实际结构中,交叉材与节点间存在几何关系上的偏心距。为研究该偏心距对交叉材内力的影响,对比了采用中心连接的梁模型与考虑节点实际构造的多尺度分析模型的交叉材料内力；可知根据梁模型与多尺度计算模型计算得到偏心距差异与几何偏心距差并不相等,但呈现线性关系,主要原因是实际结构节点较复杂,且并完全是刚性连接,受力后节点产生一定变形而使计算偏心距差与几何偏心距不等。基于分析结果,提出了考虑偏心作用后,交叉材面内/外弯矩修正公式。本文利用多尺度分析模型研究了考虑节点实际构造后高压输电铁塔的受力性能,提出了交叉材面内/外修正公式,可供高压输电铁塔结构设计参考。
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU347;TU311.3

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