特高压输电钢管塔主材次应力分析

为了研究特高压输电钢管塔的主材次应力问题,对 1 000 kV特高压输电钢管塔SZ2U进行真型试验,实测主材次应力;通过有限元分析, 得出主材次应力的分布规律及影响因素;分别建立考虑有无节点板刚度的有限元梁杆单元模型,并与实测结果进行比较;对塔脚节点建立精细化有限元模型,考察次弯矩作用下节点的受力性能和破坏模式。研究结果表明：对SZ2U塔次应力影响最大的位置在塔脚主材处,实测最大次应力比（弯曲应力占轴力应力的百分比）达到45%;采用考虑节点板刚度的计算模型与实测结果吻合较好;次应力的影响不仅与主材长细比有关,还与主材和斜材的角度有关;塔脚节点在次弯矩作用下的破坏模式为主管受压一侧环形加强板上部管壁屈曲破坏。     

基于多尺度模型的树状结构支撑网壳分析研究

基于有限元多尺度建模方法,在软件中使用刚性连接方法连接了微观模型和宏观模型,使用实体单元建立受力复杂的节点,精确模拟了树状结构节点域的边界条件.对比研究简化梁单元模型与多尺度有限元模型的计算结果,结果显示节点刚度对于树状结构的稳定性影响很小,相贯节点内隔板可以有效增加节点刚度.研究表明梁单元不能精确模拟结构中受力复杂区域的受力状态,受力复杂区域采用高阶单元模型的多尺度有限元分析,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡.     

500kV/220kV四回路复合横担塔多尺度有限元分析

多尺度计算理论在结构计算中保证了计算精度,提高计算效率同时降低了计算代价,目前在众多工程问题和学科领域得到广泛应用。本文为了分析局部节点和整塔的实际受力特点,采用多尺度计算理论,在ANSYS有限元分析软件中通过约束方程将局部模型和宏观模型进行连接,建立有限元多尺度计算模型,并对多尺度模型进行了四种典型工况的计算,将多尺度模型和梁杆模型在同一工况下构件和局部节点的计算结果对比分析。研究结果表明,运用多尺度建模方法能够高效准确地分析输电铁塔的整体和局部节点的受力特性,进一步表明该方法可在结构工程领域推广应用。     

特高压输电线路铁塔埃菲尔效应分析

对输电铁塔埃菲尔效应原理进行了分析,提出了输电铁塔尤其是多回路输电铁塔考虑埃菲尔效应的必要性.对国内外塔桅结构埃菲尔效应计算方法进行了对比分析,提出了各种计算方法对输电铁塔的适用性及优缺点,在此基础上建议了输电铁塔埃菲尔效应分析方法.以超特高压交直流同塔多回输电线路5种塔型为例,对其埃菲尔效应进行了计算,分析了考虑埃菲尔效应后每种塔型杆件的受力状态、塔身主材交角对埃菲尔效应的影响、斜材最小承载力要求等.分析表明:采用折减系数法考虑铁塔埃菲尔效应,简单合理,便于工程应用;不仅铁塔斜材受埃菲尔效应影响,横隔材也受埃菲尔效应影响,而且影响程度较大;采用斜材设计内力不小于主材内力3%的斜材最小承载力要求来满足铁塔埃菲尔效应,对特高压输电铁塔尤其超特高压交流同塔多回路输电铁塔而言,可能偏于于不安全.     

基于多尺度模型的钢节点抗震性能分析

采用通用有限元软件ABAQUS通过有限元微观模型与宏观模型之间的界面连接方法分析研究,在验证不同尺度模型间的变形协调连接方法的可行性基础上,对一个复杂高层建筑结构植入钢节点微观模型进行弹塑性动力时程分析,多尺度模型和宏观模型计算结果的对比分析表明,多尺度节点对相邻节点位移的影响较小,对相邻杆件内力存在一定影响。多尺度计算能够在并不显著增加计算时间的情况下,更为详细地反映复杂受力构件在整体结构中的抗震工作机理。     

输电线路十字大角钢主材拼接性能研究

输电线路中,十字组合角钢塔主材的传统单角钢拼接方式存在内外角钢受力不均匀,导致实际承载力与理论设计值偏差较大等缺陷,为此本文提出采用双角钢拼接方式来改善十字组合角钢塔的受力性能。本文就十字组合角钢主材的两种拼接方式进行受力分析,通过有限元仿真分析和模型塔试验,比较两种不同拼接方式主材构件位移的协调性、受力的均匀性、主材最大应力控制截面的应力状态。经计算分析指出双角钢拼接方式位移协调性好,受力性能优于单角钢拼接方式,非等高接腿表现尤为明显。模型塔实验结果表明双角钢拼接塔极限承栽力比单角钢拼接塔提高至少5%以上。     

加工方式对输电铁塔螺栓连接节点承载力影响的实验研究

输电铁塔主材通常由多段角钢通过螺栓连接而成,一旦主材节点发生破坏将造成倒塔事故发生,危及电力系统的安全稳定运行。输电铁塔主材节点多采用冲孔或钻孔方式加工而成,加工方式会影响节点的极限承载能力。针对500 kV输电铁塔中常用的Q345和Q420主材角钢,通过全尺寸节点拉伸实验,研究了冲孔和钻孔对不同螺栓直径、排列方式的螺栓连接节点的破坏载荷和破坏形式的影响,为输电铁塔设计和运行维护提供理论依据。     

多尺度螺栓间隙下混压窄基角钢塔结构节点强度分析

以某一新型110 kV混压窄基角钢塔为对象,研究了螺栓连接间隙对输电塔力学性能的影响。通过考虑输电塔结构杆件之间螺栓连接细节,分别建立整体结构刚架力学模型和节点结构三维实体单元模型。然后将刚架模型与节点三维实体模型进行耦合连接,建立了角钢塔整体结构和节点局部结构的多尺度有限元分析模型。采用有限元法,对多尺度结构模型和纯刚架结构模型进行了力学分析,通过对两个结构模型计算结果的对比分析,并将有限元计算结果与足尺模型试验结果进行比较,验证了多尺度结构模型的合理性。在多尺度模型的基础上,通过改变边坡节点部位螺栓连接间隙,研究了不同螺栓间隙下节点结构的变形和应力强度。     

基于多尺度模型的钢管混凝土节点抗震性能分析

多尺度分析方法是结构分析领域一种新型的分析方法,可以有效地解决宏观模型难以解决的局部受力分析问题。目前建筑结构的抗震性能分析主要集中在对宏观模型的分析,但实际上由于结构模型的简化,宏观模型的分析很难反映局部的复杂受力、损伤以及破坏情况。通过对一钢框架分别采用宏观杆系模型和多尺度模型进行受力分析,验证多尺度界面连接方法合理性。采用有限元网格划分软件HYPERMESH对斜网格柱核心筒结构的某个钢管混凝土节点细观模型划分网格,然后导入到结构弹塑性分析软件Nosa CAD中和宏观模型进行组装。最后由Nosa CAD生成有限元分析软件ABAQUS计算模型,进行结构的整体抗震性能分析。通过宏观模型和多尺度模型的分析对比,表明多尺度模型可以很好地反映建筑结构微观部分的受力情况,并且计算运行时间是目前可接受的,两者的抗震性能分析结果差异不大。     

考虑材料非线性的采空区输电铁塔破坏形式分析

为了进一步研究考虑非线性的采空区输电塔架在不均匀沉降条件下的破坏形式及特征,以某220kV实际输电线路为应用案例,建立了单塔模型及塔线耦合模型,对危险性较大的单支座沉降及双支座组合变形工况进行了非线性分析。分析结果表明:单支座沉降条件下,塔腿主材截面面积对铁塔的破坏形式有显著影响;在双支座沉降及其组合工况条件下塔体底部横隔处杆件易发生破坏,出现局部失稳现象。结论指出,针对采空区输电塔架的设计应考虑加大塔腿主材截面面积并对根据分析结果对薄弱构件采取加强措施。     

风荷载作用下某钢管火炬塔架的有限元分析

对一个高168.3m的火炬塔架进行了设计计算分析.该火炬塔架采用横截面为正三角形的钢管结构方案,构件连接考虑为刚接.建立了该钢管火炬塔架的三维有限元模型,采用通用结构分析程序SAP84对结构的自振特性进行分析,并计算了塔架在台风荷载作用下和地震荷载作用下的结构变形和构件内力.计算结果表明,塔架及排气筒不会出现涡激共振;结构设计中水平顺风向风荷载起主要的控制作用;该火炬塔架的变形、构件内力及稳定性均满足规范要求.     

国家游泳中心“水立方”结构设计优化

国家游泳中心“水立方”的墙体和屋盖结构创造性地采用了新型多面体空间刚架结构体系,该结构的弦杆选用矩形钢管、腹杆选用圆钢管,节点为焊接球节点。虽然结构的构成类似网架结构,但结构构件的受力状况完全不同于网架结构的二力杆,而表现为类似空腹网架的刚接梁。杆件内力包含弯矩、轴力、剪力、扭矩,弯曲应力大于轴向应力,所以结构的优化较为复杂。本文结合具体的结构设计,全面介绍了结构设计计算中的优化内容,包括:“强墙弱盖”优化,墙体杆件和屋盖杆件选用不同应力水平控制;截面类型优化,放弃加劲肋截面而改用紧凑型截面,充分发挥截面塑性,提高结构延性;几何构成“杂交”优化,将屋盖下弦贯通内墙,为减小屋盖与墙体交界处杆件过大的弯曲应力而附加少数腹杆,形成局部汇交力系;“铰接”优化,采用铰接计算处理策略,将少数弯曲应力较大无法满足规范要求的杆件两端处理为铰接,加强其周围相关杆件,再刚接迭代计算,较好满足承载力要求;“强节点弱杆件”优化,提高结构延     

用传播矩阵法计算有侧移刚架

本文提出一个分析有侧移刚架的半有限元法,系将刚架离散化为二类有限单元,即单个结点及单独楼层。其矩阵元素为经解析后的传播系数。并在使矩阵法与传播法的统一中,获得了逐步渐近及精确收敛解的矩阵公式。其优点是除了降阶外,还可通过B矩阵,使角变弯矩无需在楼层与结点间进行交叉传播。本法系文献“传播矩阵法”的一个继续。     

Efficient combination of a TCUD method and an initial force method for determining initial shapes of cable-supported bridges

The TCUD method (Kim and Lee, 2001) can provides the reasonable initial shape of cable-supported bridges under full dead load by including the unstrained lengths of the cable members as unknowns and introducing additional constraint conditions equal to the total number of the cable members. However, the axial deformations in the girder and main tower members are not avoidable which result in some difference from a target configuration when long-span cable-supported bridges are considered. In this study, an effective method to be able to eliminate those axial deformations as well as to preserve merits of the TCUD method is newly proposed. For this purpose, the TCUD method and the initial force method with successive substitution are reviewed based on an elastic catenary cable element, respectively, and a new algorithm combining two methods efficiently is presented. In addition, a truss-cable element for modeling hangers and a beam-column element for the girder and main tower members are supplementarily developed, respectively. The proposed method is applied for two suspension bridges and a cable-stayed bridge to demonstrate its accuracy and effectiveness.     

某单管通信塔塔脚法兰焊缝应力分析

塔脚法兰是管体与基础相互连接的重要构件,现有规范、规程对法兰节点的焊缝应力计算并不完善,尤其是对刚性法兰条件下的焊缝研究。本文以某50m高通信单管塔为背景,采用ANSYS软件对塔脚法兰节点进行有限元分析,并与现有规范、规程的计算结果进行比较。结果表明:现有规范、规程对法兰节点焊缝强度的计算具有很高的余度,不能够准确反映法兰节点的受力状态。基于此,本文提出了刚性法兰条件下的焊缝计算方法,为法兰节点的准确合理设计提供重要的依据。     

Warping and bimoment transmission through diagonally stiffened beam-to-column joints

For beam-to-column rigid joints with a diagonal stiffener, the warping degrees of freedom at the beam-to-column joint have been taken to be continuous in some current literature. A new warping transmission model is presented for this type of joint in this paper, in which the bending deformation and twisting of the diagonal stiffener are considered and the restraining of the web in the joint panel zone to the twist of the diagonal stiffener is taken into account. Comparison with FEA using shell elements demonstrated the high accuracy of the proposed model, while the results with the continuous warping assumption have greater deviation with the finite element results. The suggested model can be implemented simply though modifying the traditional thin-walled beam element matrix at the joints. The proposed model is applicable for solving combined flexural and torsional problems of frames composed of thin-walled members.     

塔式起重机结构有限元分析技术研究

以某平头塔式起重机为研究对象，对其进行结构有限元分析，分别采用杆单元和梁单元构建模型，对比分析两种方案的优劣，得出塔机腹杆宜选用杆单元、弦杆选用梁单元建模的结论。依此方案建立塔式起重机有限元模型并进行应力分析，利用ANSYS的列表功能将应力数据提取后，导入EXCEL软件对塔机杆件的稳定性进行自动计算，使计算效率得到提高，为进一步完善塔式起重机有限元分析的理论提供参考。     

塔-线耦联对输电塔抗地表变形的影响研究

以典型的110kV双回路自立式耐张塔为例,通过ANSYS有限元软件建立单塔和塔-线耦联体系两种有限元模型,研究了两种模型在采动区地表变形下的内力响应差异。有限元分析结果表明:塔-线耦联的影响使得整塔杆件在地表变形下最大轴向力比单塔模型增加了一倍多,各杆件的轴向力都增加显著;塔-线耦联作用使得整塔杆件在地表变形下的平面内弯矩也有所增加,但与轴向力的变化相比较为平缓;单塔和塔-线耦联体系杆件的最大截面应力都发生在塔腿根部主材上,应力值差别不大,但塔-线耦联体系整个结构其它杆件的截面应力都增加明显,塔-线耦联作用对输电塔抗地表变形性能的影响不容忽视。