拉线式输电塔初始状态下预应力的分布研究

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1、2010年10月oct．2010第38卷第5期(总第210期)Vo1．38No．5(Ser．No．210)拉线式输电塔初始状态下预应力的分布研究StudyonInitialPre—stressesDistributionofGuyedTransmissionTower孔伟，党剑，单良，杜海(1．东北电力大学，吉林吉林132012；2．吉林省电力勘测设计院，长春130022)摘要：针对拉线式输电塔在安装、运行过程中的受力特点，将初始状态的概念引人拉线式输电塔的受力分析中，利用有限元基本原理，推导出基于双重非线性的杆单元刚度矩阵，建立了拉线式输电塔的有限元平衡方程。利

2、用ANSYS软件建立输电塔的索梁桁混合单元的非线性有限元模型，计算出拉线式输电塔初始状态下预应力的分布，最后通过模型试验验证了数值分析结果的正确性。关键词：拉线式输电塔；初始状态；预应力；非线性有限元Abstract：Accordingtothemechanicalcharacteristicsofguyedtransmissiontowerintheprocessofinstallationandoperation，theconceptofinitialstateisintroducedtoanalyzethestressconditionofguyedtran

3、smissiontower．Principleoffinite—elementmethodisappliedtodeducethedualnonlinearbarelementstiffnessmatrix．TheguyedtowerFEMequilibriumequationisestablished．Takingaguyedtransmissiontowerasanexample，cable—beamassemblynonlinearFEMisbuiltbyusinggeneralfiniteanalyticsoftwareANSYS．Thepre—stres

4、sofguyedtransmissiontowerunderinitialstateiscalculatedandtheresultofnumericalanalysisisverifiedbymodeltest．Keywords：guyedtransmissiontower；initialequilibriumstate；pre—stress；nonlinearfiniteelement中图分类号：TM753文献标志码：A文章编号：1009—5306(2010)05一O019一O4拉线式输电塔是主要由角钢和拉线组成的、具有预应力自平衡的一种输电铁塔。不同于自立式

5、输电塔，拉线式输电塔主柱与基础采用球铰连接，与横担采用单向铰连接(结构形状见图1)，在各种工况、下，拉线主要用于平衡塔的横向荷载，塔身主要用于■：iji：：≥—漆、平衡塔的垂直荷载，充分发挥了拉线及钢材的受力、，特性，具有节约钢材的优势。拉线式输电塔作为一种预应力空问结构，其状态分为零状态、初始状态和工作状态。放样加工完毕后的索段和桁架杆件集合体主视图俯视图为结构的零状态；施加预应力完毕后的自平衡状态为结构的初始状态；结构在外部荷载作用下所达到图1拉线式输电塔的平衡状态为结构的工作状态【】]。拉线式输电塔设计计算中却没有此状态下的计算，不同于一般自立式输电塔，对拉

6、线式输电塔施只是将初始状态统一到工作状态中，这样的计算结加的预应力是结构整体刚度的重要因素，而且结构果的精确度值得商榷。基于此背景，本文推导出杆单的形状、自应力的大小、结构的刚度等随着预应力的元基于几何非线性和材料非线性的双重非线性刚度大小而变化。因此拉线式输电塔初始状态下的预应矩阵，建立了拉线塔的有限元平衡方程，最后应用力分布的精确计算，在设计及施工中是不可忽视的ANSYS有限元软件建立拉线式输电塔相应的有限因素，相关的研究在房建领域中已经得到认可，而在元模型，计算出拉线式输电塔初始状态下的预应力《电力工程高压送电线路设计手册》(第2版)中对于分布，并通过模型试

7、验验证了计算结果的可靠性。收稿日期：2010—07—06作者简介：孔伟(1965一)，女，教授，从事输电线路工程方面的教学与科研工作。·19·2010年10月Oct．2010第38卷第5期(总第210期)Vo1．38No．5(Ser．No．210)1．4拉线式输电塔的各种单元1有限元模型理论推导在拉线式输电塔的有限元模型中存在普通的梁单元、杆单元和索单元3种单元，在模型中同时也存在一端刚接、一端铰接的梁单元。普通梁单元有121．1基本假定和非线性描述方法的选择个独立的节点位移和6个独立的内力分量，索杆单材料为各向同性硬化材料，符合V．Mises初始元和索单元有6个

8、独立的节点