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1、第41卷第3期Vol.41，No.32015年6月SichuanBuildingMaterialsJune，2015输电塔结构实验相似准则推导与模型参数计算韩彤(安徽工业大学,安徽滁州239000)摘要:模型实验方法作为一种研究各种现象问题的移、泊松比、比重、角位移,面积、集中力、线荷载和弯矩。手段,已经广泛应用于各种实际工程当中。该方法以输电当结构受静力作用时,若原型与模型相似,用下标p表示塔为研究对象,基于相似理论,采用量纲分析法推导了相原型,下标m表示模型,则满足:似准则,并对结构进行工况分析确定模型的结构参数,制ε=Cε,P=CP,(EA)=C(EA),pεmppmpEA
2、m}(2)作了具有相当可靠度的实验模型。M=CM,(EW)=C(EW),σ=CσpMmpEWmpσm关键词:模型实验;相似理论;输电塔由材料力学的相关理论:中图分类号:TM753/TU973．23文献标志码:Bε=P/(EA)+M/(EW)mmmmm}(3)文章编号:1672-4011(2015)03-0277-02ε=P/(EA)+M/(EW)pmpmpDOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2015.03.138将式(2)代入式(3)可得:CPCM0前言pmMmε=+(4)mCC(EA)CC(EW)εEAmεEWm在科技不断发展的道路上,人们对自然规律的探索
3、首由式(2)和式(4)可知:先建立在数理分析理论的基础上,通过计算和分析探索自CpCM=1,=1(5)CCCC然现象的规律。而实验的好处在于可以模仿,在遵循一定εEAεEM准则约束的前提下,创造和研究对象一样的实验模型,于由此可得相似准则如下:是,包含着这种约束准则和分析方法的相似理论便应运而π=P,π=M,π=σ,π=PL,1εEA2εEM3Eε4EAδ生,数学方法和试验方法相结合,成为了解决工程实际问322[1]pLpLML题的主要方法之一。π=,π=,π=(6)5EAδ6EAφ7EAδ为了保证实验的可靠度和真实性,引入了相似理论,相似理论的核心内容为相似三定理,即在满足一定
4、的准则2模型结构参数的确定[2]约束的前提下,可以保证实验结果的相似性。在国外,相似理论和模型试验已经广泛应用于航天航前文已经根据量纲分析法得到了一些相似准则,但是空、水力水电以及周边项目,促进了这些领域的发展。21仍然需要验证模型和原型的相似准则是否一致,以保证试世纪以来,该理论又逐渐被应用于物理学、化学、工程结验的可靠性。根据相似定理,原型和模型相似的必要条件构学、热力学等领域和一些军事尖端项目。经过多年的实为两现象各自的相似准则相等且等于不变量,即π=π′=践研究,该理论已经获得了一定程度的发展。不变量。在我国,比如结构模型试验领域,虽然起步较晚,但该试验的模型构件材料与原
5、型一致,几何相似比为11也取得了一些进展。在长沙交通学院的张起森教授组织下,1/25,即原塔高度为50m,材料弹性模量取E=2．1×10,开展的岳阳洞庭湖大桥的静动力模型试验提出了刚度相似由于输电塔结构复杂,抗弯惯性比和抗弯模量的误差会导的分析方法,有效解决了各部分结构弹性模量相似比不一致应力或应变相似比的误差,并且这种误差很难分析,所致的模型设计问题,但是并没有考虑截面抗弯模量的误差以采用对模型和原型作一定的工况分析以确定相似比。[3]在塔顶施加横向的水平荷载,选取原型和模型的21单导致的截面应力的误差。迟世春和林少书等进行了以玻璃为材料的单层房屋模型的结构动力试验,验证了弹性
6、相元为对比对象,通过计算该单元的应变,在保证应变相等似率和弹性力-重力相似率,但是没有考虑结构扭转的相的前提下确定模型中该单元的截面尺寸参数。前文中已经[4]得出若干相似准则,由原型与模型的相似关系可知:似关系。模型结构实验的关键是找出模型构件各个物理量的相PPmπ=π==(7)mεEAεEA似准则,众所周知,输电塔是一种复杂的超静定结构,因mmm此,无法准确给出各物理量的函数关系,需要引入量纲分式中,P为在塔顶施加的集中力,下标m代表模型。取P11析法对相似准则进行推导。=20kN,Pm=0．1kN,弹性模量E=Em=2．1×10Pa,原型21号单元的截面尺寸为0．2m×0．2
7、m×0．02m,面积A=1相似准则的推导7．6×10-3m2,由钢结构设计规范有下式[5]:PβM以某输电塔为结构原型,即弹性模型,弹性模量和几σ=+(8)φAγW(1-0．8P/N′)Ex何尺寸的相似常数(即C和C)确定后,其他的物理量相似EL式中:常数都可以表示为这两个常数的函数关系,如下:φ—轴心受压构件的稳定系数;C=C,C=1,C=C/C,C=1,C=C,C=1σEμρELεLδφβ—等效弯矩系数;2423C=C,C=C,C=CC,C=CC,C=CCALILFELqEL
