刚柔组合结构塔架的有限元分析.pdf

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1、·86·煤矿机电2011年第4期刚柔组合结构塔架的有限元分析李梅果，闫东，王进(中国煤炭科工集团上海研究院，上海200030)摘要：立柱与缆索组合的塔架结构美观简洁，使用材料少，易于建造，在工程建筑结构中广泛应用。通过对某塔架结构的有限元分析，介绍刚柔组合结构的一般分析方法，以供参考。关键词：缆索；塔架；有限元分析中图分类号：TU398．9文献标识码：B文章编号：1001—0874(2011J04—0086～03FiniteElementAnalysisofColumn—CableCompositeTowerStructureLIMei—guo。YANDong，W

2、ANG(ShanghaiResearchInstituteofChinaCoalTechnologyandEngineeringGroupCorp．，Shanghai200030，China)Abstract：ThecompositetowerstructureofcableandcolumniSsimplyconstructed，beautifullyformed，material—savingandeasytobuild．It’Swidelyusedinengineeringstructures．Fakessometowerstructureasexample

3、andcarriesoutFiniteElementAnalysistointroduceeonlmonanalysismethodofcompositetowerstructureforrerenee．Keywords：cable；tower；FEA(FiniteElementAnalysis)1．1主轴和主立柱参数0引言主轴直径为中2300nllil，壁厚30lllln；主立柱受风载和集中荷载的高耸塔架，塔架底部截面高度80m，尺寸为中2800×30Inlfl；横档尺寸为的弯矩很大。斜拉索预应力塔架，利用缆索承载降中2000X20into，主立柱和主轴材料选用

4、Q345一B钢低横向载荷对塔架的弯矩，可以简化主立柱结构，并材，其弹性模量为E=2．06×10“Pa，泊松比为=降低材料成本。0．3，热膨胀系数为OL=1．2×10～，密度P=7850kg／m。1分析模型和载荷参数1．2缆索参数斜拉索塔架模型见图1。其主轴在主立柱顶4根缆索，每根长120m，采用7lllnl×121索，端，承受较大的集中荷载和弯矩；缆索为预应力结钢丝强度等级为1570MPa，预紧力F：1600kN，破构，对称分布四周，以平衡荷载。断载荷为7310kN。缆索弹性模量为E=1．85×l0”Pa，泊松比：0．3，线膨胀系数为=1．2X10～，钢丝总截面积

5、为A=4656rain。，每米索体质量为39．6kg。正、侧面跨度分别为163in和103in。1．3载荷参数主立柱采用法兰地脚螺栓组与基础刚性连接；缆索采用销轴铰接约束可预紧连接方式；主轴与主立柱间为刚性连接。主轴荷载工况如图2(单位：N和Nm)：轴端FyF、图1斜拉索塔架模型轴端1+0．713E+06—0．169E+07+0．53lE+071一塔架主轴；2一主立柱；3一横档；4一缆索轴端2—0．378E+07+0．722E+06+0．J90E+072011年第4期煤矿机电·87·轴端1轴端2时的情况。图2正。面荷载工况(侧视图l参考GB50009—2001~建

6、筑结构荷载规范》，主立图4主立柱荷载模型柱和缆索的风荷载为：=(S)()Wo由缆索的自重和风载荷引起的缆索一z向初始式中：(S)——风振系数；预紧力最大值为2187kN；+z向缆索初始预紧力(s)——风压体型系数；值为1312kN，此时缆索最大变形为0．44m，小于()——风压高度变化系数；缆索总长的1／150，符合刚性要求。——基本风压。塔架最不利工况为承受集中载荷、风载荷，且结假定整体模型结构的温度场变化一致，塔架在构升温30。C时的情况。此时主立柱最大压力为正常温度的±30。C范围使用。8796kN，横档区域产生最大应力值为70MPa，主立柱底部区域最大应力

7、值为62．3MPa，最大变形量2有限元分析为0．15m，小于总高的1／400。2．1模型和单元主立柱材料为焊管，截面形式按b类验算，截面采用ANSYS有限元分析软件J，钢结构采用参数为：面积A：0．261m，抗弯模量W=0．17887PIPE16，SHEEL63单元；缆索采用LINK10单元，该m，回转半径i=0．979m，节点长度z：80m，长细单元具有只受拉特性，初始预紧力生成预应变=比A=81．7，稳定系数=0．677，塑性截面发展系数=1，等效弯矩系数⋯=1，则欧拉临界力』7v—=1．8575×10～。塔架结构的自重由软件生L。A=72321kN。成负载，

8、风荷载根据