风荷载作用下某气象塔悬索结构有限元分析_高会宗.pdf

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1、工程设计风荷载作用下某气象塔悬索结构有限元分析高会宗１２２１贺宇龙刘航王勇（１．中广国际建筑设计研究院，北京１０００４５；２．北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京１０００３９）摘要：悬索结构作为一种柔性受拉结构，在工程中有着广泛的应用。单根悬索在外荷载作用下的受力性能较为简单，但是当大量大跨度悬索相互联结组成群索体系时，对其位移和内力的预测则是一个相当复杂的问题。以某气象塔工程为例，运用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ，对双向正交悬索组成的群索结构进行找形分析，并计算其在风荷载作用下的位移和应力，分析其位移和应力的变化规律，计算结果较为精确，且与实际符合较好。关键词：悬索结构；

2、有限元分析；ＡＮＳＹＳＦＩＮＩＴＥＥＬＥＭＥＮＴＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＳＵＳＰＥＮＤＥＤＣＡＢＬＥＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＴＯＷＥＲＳＵＮＤＥＲＷＩＮＤＬＯＡＤＳ１２２１ＧａｏＨｕｉｚｏｎｇＨｅＹｕｌｏｎｇＬｉｕＨａｎｇＷａｎｇＹｏｎｇ（１．ＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌＤｅｓｉｇｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣＲＴＶ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４５，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＢｕｉｌｄｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００３９，Ｃｈｉｎａ）ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａｓａｋｉｎｄｏｆ

3、ｆｌｅｘｉｂｌｅｔｅｎｓｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ－ｃａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｈａｓａｗｉｄｅｒａｎｇｅｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓｏｎｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔ．Ｂｕｔｉｔ’ｓｍｏｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｆｏｒｅｃａｓｔｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｉｎｔｈｅｌｏｎｇ－ｓｐａｎｓｕｓｐｅｎｄｅｄｃａｂｌｅｇｒｏｕｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｂａｓｅｄｏｎａｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｔｏｗｅｒｐｒｏｊｅｃｔ，ａｃａｂｌｅｇｒｏｕｐｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙ

4、ｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｒｕｌｅｏｆｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔａｎｄｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒｗｉｎｄｌｏａｄｗａｓｒｅａｃｈｅｄｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｆｏｒｍ－ｆｉｎｄｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｗａｓｍｏｒｅａｃｃｕｒａｔｅ，ａｎｄｉｎｌｉｎｅｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ－ｃａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ＡＮＳＹＳ悬索结构是由受拉索及边缘构件或支承塔架所组成的承重结构，由于其能够充分利用高强材料的抗拉性能，并具有跨度大

5、、自重小、材料省、易施工等特点，所以在工程中有着广泛的应用。但是由于其在力学上表现为高度的柔性和极强的几何非线性，大跨度悬索结构在承受风载作用时会产生较大的垂度，通常需要对悬索进行位移控制，以控制其垂度在规定的范围之内，从而保证其正常稳定的工作。现运用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ，对某气象塔工程进行建模分析，对其进行找形并根据规范进行风荷载下的位移验算。１工程概况某气象塔工程，由１个中心主塔和周围８个副塔组成。主塔和副塔间距：与主索平行方向塔的间ａ－平面，ｍ；ｂ－立面距为５００ｍ，与主索垂直方向的塔的间距为６２０ｍ，图１气象塔结构平、立面示意如图１所示。各塔均采用拉线钢桁架塔

6、，塔高２３５ｍ。根据气象站提供的场地风速资料，确定了两种在塔顶挂有３条主索，主索跨度５００ｍ，４４条平行布置的天线帐连接在主索之间，天线帐跨度为６２０ｍ，第一作者：高会宗，男，１９６４年出生，高级工程师。间距为４５ｍ。３条主索和挂在其上的４４条天线帐Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｈａｎｇ７１＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ收稿日期：２０１２－０２－０９组成了群索悬索结构。３２钢结构２０１２年第５期第２７卷总第１５９期高会宗，等：风荷载作用下某气象塔悬索结构有限元分析基本控制工况，即基本风压为０．３０，０．７５ｋＮ／ｍ２，２；式中：ｗｋ为风荷载标准值，ｋＮ／ｍβｚ为高度ｚ处分别对其进行应力和位移的测

7、算。的风振系数；μｓ为风荷载体型系数；μｚ为风压高度变化系数；ｗ为基本风压，ｋＮ／ｍ２。０２气象塔悬索结构有限元模型的建立根据ＧＢ５０００９－２００１中表７．２．１和表７．３．１，２．１ＡＮＳＹＳ对于悬索结构的基本假定分别确定随高度变化的μｚ、μｓ的取值，根据７．４．２有限元分析理论把索视为由一系列互相连接的节确定风振系数βｚ，计算后得到风荷载标准值ｗｋ，索段组成，索段之间以结点相连接，因此进行索结构然后再乘以索的受风面积即得到每条索所受的压有限元分析时，采用基于离散理论的结点位移法。力，然后按照静力荷载作用平均分配到模型中对