塔結構受風載影響的數(shù)值模擬分析

宋佼佼

(晉中職業(yè)技術學院礦業(yè)工程系，山西晉中 030600)

塔結構受風載影響的數(shù)值模擬分析

宋佼佼

(晉中職業(yè)技術學院礦業(yè)工程系，山西晉中 030600)

本文首先建立傳輸塔模型;然后，對傳輸塔進行有限元分析，得到該塔在承受風載、自重、電纜載荷時的應力、變形，以及風載對傳輸塔影響的規(guī)律.

有限元;傳輸塔;風載荷

近幾年，塔結構技術迅速發(fā)展，許多方面已相對成熟，并普遍應用到工程結構中，但在塔結構的設計、塔高度與風力的關系方面的技術還有缺陷.

據(jù)對近10年來的自然災害統(tǒng)計結果表明，風災對人類的影響尤為重大，由于風頻高、災害大的特點，導致每年人類的經(jīng)濟損失達到41%，年平均死亡人數(shù)超過兩萬人，風災給人類生命、財產(chǎn)帶來了巨大的損失.

在目前的高聳結構中，如高層房屋、冷卻塔、塔架、大跨度橋梁等，都會受到風載荷的作用，本文著重研究塔結構受風災影響的規(guī)律，從而為工程設計提供一定的理論依據(jù).

1 風載對傳輸塔的有限元分析

1.1 傳輸塔的有限元建模

圖1 傳輸塔結構

該傳輸塔分為塔頂、懸臂、塔底、塔的中上部和中下部五部分.在對其進行建模時，采用2節(jié)點三維彈性直梁單元，梁單元的每個節(jié)點是6個自由度，除了懸臂，其余四部分均對稱分布，可以先生成一個面，再生成塔主體，最后添加懸臂，建模之后傳輸塔共生成388個單元，126個節(jié)點，模型如圖1所示:

1.2 傳輸塔的數(shù)值模擬分析

由于風力方向的不定性，在對傳輸塔進行有限元分析時，按最不利風向來計算.當然最不利風向與塔結構自身構造和所處位置相關.

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

(1)3級風基本風壓0.01kN/m2，在高聳結構中修正系數(shù)為1.1，修正后的風壓為0.011kN/m2，該塔在重力、電纜載荷、3級風載荷的應力及位移圖:

圖2 等效應力圖

圖3 Y方向位移圖

(2)5級風基本風壓0.06 kN/m2，在高聳結構中修正系數(shù)為1.1，修正后的風壓為0.066kN/m2，該塔在重力、電纜載荷、5級風載荷的應力及位移圖:

圖4 等效應力圖

圖5 Y方向位移圖

(3)10級風基本風壓0.4kN/m2，在高聳結構中修正系數(shù)為1.1，修正后的風壓為0.44kN/m2，該塔在重力、電纜載荷、10級風載荷的應力及位移圖:

圖6 等效應力圖

圖7 Y方向位移圖

2 結果分析

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

表1 結果分析

表中數(shù)據(jù)表明，在不同風壓時，塔架受到的風應力不同，同時隨著風級的增加，風應力也在迅速的增大;另外在塔架受到的所有應力中，風載引起的應力在總應力中占有很大的比重，僅在3級風載的作用下，風應力就占到總應力的60%以上，在10級風載的作用下，風應力在總應力中的比例達到99%以上，可見在高聳結構受到的載荷中，風載荷起著主導作用，是在高聳結構中著重考慮的因素.

［1］王肇民.塔桅結構［M］.上海:同濟大學出版社，1989.

［2］(GB50009－2001)建筑結構荷載規(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實現(xiàn)(第二版)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2005.

［4］R·克拉夫，J·彭津，王光遠.結構動力學［M］.北京:科學出版社，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)技術學院礦業(yè)工程系助教.