文档介绍：长塔腿整体稳定分析
[摘要]:本文利用ANSYS软件对长塔腿在不同节间、不同布置型式、不同主斜材刚度比下整体稳定承载能力进行分析比较。研究结果表明,节间数越大,塔腿的整体稳定承载能力越低;设置塔腿过渡段实际上增加了塔腿的节间数,塔腿的整体稳定承载能力降低;当主材不变,在满足斜材强度和稳定的前提下加大斜材截面规格,当节间数超过5时,塔腿整体稳定极限承载能力有一定的增大,但增大不明显。
[关键词]:长塔腿;整体稳定;极限承载能力
0 前言
随着特高压输电线路的建设,铁塔的尺寸、负荷发生了质的变化,铁塔趋于大型化。同时,为满足山区线路建设环境保护的要求,设计采用了长塔腿(一般为12~15m,最长可达18m)型式。为实现较高的材料利用率,长塔腿都是通过设置多分隔的辅助材使其单肢稳定承载力与强度设计值相接近,使构件达到满应力设计。但随着塔腿高度的增大和分隔数的增加,大变形产生的二阶效应可能会使塔腿受力性能变差,对其稳定承载力产生一定的不利影响。本文采用ANSYS软件对长塔腿不同节间、不同布置型式、不同主斜材刚度比下整体稳定承载能力进行分析比较。
1 分析模型
长塔腿研究分类
塔腿布置型式按无过渡段辅助材未再分(A型)、无过渡段辅助材再分(B型)和有过渡段(C型)三种,过渡段取3m。以6节间为例,塔腿布置型式见图1。主材选用L200×24B,斜材选用125×8H。腿长按3~15m,2~10节间分隔考虑。布置型式A和布置型式C按铰接考虑,布置型式B分别按铰接和固接考虑。
A型 B型
C型
图1 塔腿布置型式
在主材规格不变的情况下,以斜材满足强度、稳定性要求的基础上逐步加大斜材规格(改变主斜材的刚度比)进行分析比较。对布置型式B,腿部斜材规格分别取L125×8H、L125×10H、L140×10H进行分析。
荷载情况
分别按600风荷载作用和900风荷载作用下进行长塔腿有限元整体稳定分析,荷载情况见图2。
第一组荷载情况:600(单位:KN) 第二组荷载情况:900(单位:KN)
图2 荷载情况
有限元模型
实际铁塔结构一般都具有非线性和初始缺陷。在有限元分析中,初始缺陷的添加一般是选取ANSYS屈曲分析中的整体屈曲模态作为长塔腿初始缺陷。因此,本次分析采用非线性分析方法,可以考虑初始缺陷和大变形响应等特征,使用牛顿-拉普森法跟踪长塔腿的后屈曲行为。
根据结构实际受力特点,本次有限元分析模型中,塔腿主材、斜材和辅助材料分别采用BEAM188梁单元和BEAM44单元模拟,并选用相应的截面特性,建立有限元模型,划分网格,在两端点施加相应的自由度约束(塔腿主材、斜材刚结,辅助材料铰接),在节点上施加相应荷载,分别对三种布置形式进行分析。
具体分析步骤为:首先进行静力分析,然后进行特征值分析和模态扩展分析,求得线性解。利用特征值的分析结果进行非线性分析,激活大变形效应,重新施加荷载,施加扰动,执行分析。
2 有限元计算分析结果
临界荷载
在有限元计算分析中,同一种腿型,不同荷载,屈曲模态就不相同;不同腿型,同一种荷载,屈曲模态也不相同。对同一种腿型,有多阶屈曲模态,选取不同阶的屈曲模态(初始缺陷),极限荷载计算结果就不相同。根据现有计算结果分析,大概有小于2%的差别。根据结构稳定理论