宋佼佼

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系，山西晉中 030600)

塔結(jié)構(gòu)受風(fēng)載影響的數(shù)值模擬分析

宋佼佼

(晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系，山西晉中 030600)

本文首先建立傳輸塔模型;然后，對(duì)傳輸塔進(jìn)行有限元分析，得到該塔在承受風(fēng)載、自重、電纜載荷時(shí)的應(yīng)力、變形，以及風(fēng)載對(duì)傳輸塔影響的規(guī)律.

有限元;傳輸塔;風(fēng)載荷

近幾年，塔結(jié)構(gòu)技術(shù)迅速發(fā)展，許多方面已相對(duì)成熟，并普遍應(yīng)用到工程結(jié)構(gòu)中，但在塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、塔高度與風(fēng)力的關(guān)系方面的技術(shù)還有缺陷.

據(jù)對(duì)近10年來的自然災(zāi)害統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，風(fēng)災(zāi)對(duì)人類的影響尤為重大，由于風(fēng)頻高、災(zāi)害大的特點(diǎn)，導(dǎo)致每年人類的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到41%，年平均死亡人數(shù)超過兩萬人，風(fēng)災(zāi)給人類生命、財(cái)產(chǎn)帶來了巨大的損失.

在目前的高聳結(jié)構(gòu)中，如高層房屋、冷卻塔、塔架、大跨度橋梁等，都會(huì)受到風(fēng)載荷的作用，本文著重研究塔結(jié)構(gòu)受風(fēng)災(zāi)影響的規(guī)律，從而為工程設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù).

1 風(fēng)載對(duì)傳輸塔的有限元分析

1.1 傳輸塔的有限元建模

圖1 傳輸塔結(jié)構(gòu)

該傳輸塔分為塔頂、懸臂、塔底、塔的中上部和中下部五部分.在對(duì)其進(jìn)行建模時(shí)，采用2節(jié)點(diǎn)三維彈性直梁單元，梁單元的每個(gè)節(jié)點(diǎn)是6個(gè)自由度，除了懸臂，其余四部分均對(duì)稱分布，可以先生成一個(gè)面，再生成塔主體，最后添加懸臂，建模之后傳輸塔共生成388個(gè)單元，126個(gè)節(jié)點(diǎn)，模型如圖1所示:

1.2 傳輸塔的數(shù)值模擬分析

由于風(fēng)力方向的不定性，在對(duì)傳輸塔進(jìn)行有限元分析時(shí)，按最不利風(fēng)向來計(jì)算.當(dāng)然最不利風(fēng)向與塔結(jié)構(gòu)自身構(gòu)造和所處位置相關(guān).

首先將模型按風(fēng)壓高度變化系數(shù)分為4層，并分別取3級(jí)、5級(jí)、10級(jí)風(fēng)壓，當(dāng)風(fēng)向沿塔架對(duì)角線吹向塔架時(shí)，風(fēng)載體型系數(shù)為μs=2.9.通過半動(dòng)力分析法，經(jīng)有限元軟件處理得到傳輸塔在各種工況下的應(yīng)力圖與位移圖:

(1)3級(jí)風(fēng)基本風(fēng)壓0.01kN/m2，在高聳結(jié)構(gòu)中修正系數(shù)為1.1，修正后的風(fēng)壓為0.011kN/m2，該塔在重力、電纜載荷、3級(jí)風(fēng)載荷的應(yīng)力及位移圖:

圖2 等效應(yīng)力圖

圖3 Y方向位移圖

(2)5級(jí)風(fēng)基本風(fēng)壓0.06 kN/m2，在高聳結(jié)構(gòu)中修正系數(shù)為1.1，修正后的風(fēng)壓為0.066kN/m2，該塔在重力、電纜載荷、5級(jí)風(fēng)載荷的應(yīng)力及位移圖:

圖4 等效應(yīng)力圖

圖5 Y方向位移圖

(3)10級(jí)風(fēng)基本風(fēng)壓0.4kN/m2，在高聳結(jié)構(gòu)中修正系數(shù)為1.1，修正后的風(fēng)壓為0.44kN/m2，該塔在重力、電纜載荷、10級(jí)風(fēng)載荷的應(yīng)力及位移圖:

圖6 等效應(yīng)力圖

圖7 Y方向位移圖

2 結(jié)果分析

對(duì)該模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，得到它在以下四種工況下的最大應(yīng)力和位移，如下表1所示:

表1 結(jié)果分析

表中數(shù)據(jù)表明，在不同風(fēng)壓時(shí)，塔架受到的風(fēng)應(yīng)力不同，同時(shí)隨著風(fēng)級(jí)的增加，風(fēng)應(yīng)力也在迅速的增大;另外在塔架受到的所有應(yīng)力中，風(fēng)載引起的應(yīng)力在總應(yīng)力中占有很大的比重，僅在3級(jí)風(fēng)載的作用下，風(fēng)應(yīng)力就占到總應(yīng)力的60%以上，在10級(jí)風(fēng)載的作用下，風(fēng)應(yīng)力在總應(yīng)力中的比例達(dá)到99%以上，可見在高聳結(jié)構(gòu)受到的載荷中，風(fēng)載荷起著主導(dǎo)作用，是在高聳結(jié)構(gòu)中著重考慮的因素.

［1］王肇民.塔桅結(jié)構(gòu)［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1989.

［2］(GB50009－2001)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2001.

［3］梁清香.有限元與MARC實(shí)現(xiàn)(第二版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［4］R·克拉夫，J·彭津，王光遠(yuǎn).結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，1981.

Numerical Simulation of Transmission Tower Affected by W ind Load

SONG Jiao－jiao
(Department of Mineral Engineering，Jinzhong Vocational and Technical College，Jinzhong，030600，China)

First，we establish amodel of transmission tower.Then，finite element analysiswas carried out on the transmission tower to get the stress and deformation of this tower under thewind load，weight and cable load，and get the effect of wind load on the transmission tower.

finite element;transmission tower;wind load

O327

A

1672－2590(2015)03－0111－04

2015－04－08

宋佼佼(1984－)，女，山西晉中人，晉中職業(yè)技術(shù)學(xué)院礦業(yè)工程系助教.