鐵塔內(nèi)力報(bào)告剖析

1、華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告作業(yè)名稱鐵塔內(nèi)力分析與計(jì)算課程名稱輸電桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：學(xué)生姓名：成績(jī)：完成日期：華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告一、題目?jī)?nèi)容及要求。220kV上字型直線塔單線圖如圖1所示，全高H=26.2米，呼高H0=18.2米，重G0=26470.78N，設(shè)計(jì)條件見表1。使用解析法計(jì)算七種工況下橫擔(dān)下塔身第一節(jié)間、地線支架、橫隔、橫擔(dān)等主材和斜材或隔材的內(nèi)力(任意選擇一個(gè)部位)七種工況包括:(a)運(yùn)行工況1(大風(fēng)工況)；(b)運(yùn)行工況11(覆冰工況)；(c)斷上導(dǎo)線情況；(d)斷下導(dǎo)線情況；斷地線情況；(f)安裝情況I;(g)安裝情況II。420(KN)(b)運(yùn)行工況11(覆

2、冰工況)塔頭荷載圖l.E611S6(c)斷上導(dǎo)線情況塔頭荷載圖(KN)(d)斷下導(dǎo)線情況塔頭荷載圖(KN)4.2042201rll.hh11.S6(f)安裝情況I塔頭荷載圖(KN)(e)斷地線情況塔頭荷載圖(KN)(g)安裝情況II塔頭荷載圖(KN)elseW表1設(shè)計(jì)條件設(shè)計(jì)秦件電壓水平檔舒垂直檔距220kVLGJ<300GT-501000>750吒象條件鯊冰冇風(fēng)最低F狙川故安裝2510-10垃©-5-5-20-10-10冰卩丿（mm）-5-二、計(jì)算思路。1、靜定平面桁架的內(nèi)力分析。（a）塔架受力簡(jiǎn)圖；（b）正面桁架受力；（c）右側(cè)面桁亍架受力。說(shuō)明：常略去與荷載方向相垂

3、直的那兩片平面桁架的作用，假定只由與荷載方向相平行的兩片桁架承受荷載。2、單腹桿桁架。（1）主材受力分析及內(nèi)力計(jì)算（截面法）主材受力簡(jiǎn)圖如下：主材受力簡(jiǎn)圖如圖（d）:截取3-3截面，則主材內(nèi)力為：工M工G萬(wàn)法一：N=±03-u2b4sina3其中：工m表示3-3截面以上所有水平力p、p及塔頭塔o3BD身風(fēng)壓q對(duì)0點(diǎn)之矩。工g表示3-3截面以上全部垂直載荷設(shè)計(jì)值之和。此法所求內(nèi)力為近似值。方法二：利用工m=0求解。03工M'±N*b=0o3u33工M'N=±03u3b3注：工M'為除主材內(nèi)力以外的外力力矩之和，特別注意所有外o3力取矩時(shí)由于單

4、片受力大小均取1。2（2）、斜材受力分析及內(nèi)力計(jì)算（截面法）以兩弦桿延長(zhǎng)線交點(diǎn)0為力矩點(diǎn)，建立力矩平衡方程，計(jì)算斜華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告斜材計(jì)算簡(jiǎn)圖斜材內(nèi)力計(jì)算：2M=+o-2di其中：2M代表截面以上除斜材內(nèi)力以外所有外力對(duì)0點(diǎn)力矩o設(shè)計(jì)值之和。3、雙腹桿桁架。主材和斜材計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖：（1）以截面以上部分為隔離體，以雙腹桿交點(diǎn)為力矩點(diǎn)，建立平衡方程，計(jì)算主材的內(nèi)力。（2）以兩根主材延長(zhǎng)線的交點(diǎn)為力矩平衡點(diǎn)，計(jì)算斜材內(nèi)力。雙腹桿主材和斜材桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖主材內(nèi)力為：其中：工對(duì)O點(diǎn)之矩。華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告N=±ZMo23，計(jì)算公式與單斜材桁架相同。u2b4sinaim表示截面以上所有水平

5、力p、p及塔頭塔身風(fēng)壓qoBDZG表示截面以上全部垂直荷載設(shè)計(jì)值之和。此法所求內(nèi)力為近似值。斜材內(nèi)力為：N=±H4di其中一根斜材受拉力，另一根斜材受壓力。ZM代表截面以上o所有外力力矩設(shè)計(jì)值之和。4、K型腹桿桁架。主材和斜材內(nèi)力計(jì)算圖如右圖：(1)以截面以上部分為隔離體，以斜材和水平材的交點(diǎn)為力矩點(diǎn)，建立平衡方程式，計(jì)算主材內(nèi)力；(2)以兩根主材延長(zhǎng)線()22!"i妬P.'2的交點(diǎn)為力矩點(diǎn)，并假定兩根斜K型腹桿主材和斜材桁架計(jì)算簡(jiǎn)圖材的內(nèi)力大小相等，方向相反，建立力矩平衡方程式計(jì)算斜材內(nèi)力。主材內(nèi)力計(jì)算：方法一：N=±2么互，方法同雙腹桿桁架計(jì)算方法。2

6、b4sinai華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告方法二：以oi為取矩點(diǎn)工Moi=0:工MOi-Nui'*bi+Nui"*bi二0工y二0:工G+Nui'*sindi+Nui"*sindi=0聯(lián)立方程并求解得:Nui'-Nui''二工M'oibiNui'+Nui''=-得到：工MOi工G工MOi工G斜材內(nèi)力計(jì)算：N=±2，工M代表截面以上所有外力力矩設(shè)計(jì)值之和，所有外力為塔整體受到的外力。N=±丸，工M代表截面以上所有外力力矩設(shè)計(jì)值之和，所有外力為單片塔受到的外力。其每個(gè)外力的值為整體塔上對(duì)應(yīng)外力值

7、的1。25、導(dǎo)線橫擔(dān)內(nèi)力計(jì)算。（1）尖橫擔(dān)計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖：-I在斷線張力T和垂直荷載G'作用下要承受彎矩。尖橫擔(dān)計(jì)算簡(jiǎn)圖華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告下平面角鋼主材受力：ZgGU+Q卩15）2hb上平面角鋼主材受力：G'l（1-卩）屮丫KTlG+1QcD2）2h，A卩二1A+A（十）312/72式中t斷線張力標(biāo)準(zhǔn)值；DG'一斷導(dǎo)線后垂直荷載標(biāo)準(zhǔn)值；D卩一下平面受力分配系數(shù)；1I、A下平面角鋼的長(zhǎng)度及其截面積；111、A上平面角鋼的長(zhǎng)度及其截面積；221.1受力不均勻系數(shù)；K斷線張力沖擊系數(shù)。c(2)鴨嘴橫擔(dān)計(jì)算簡(jiǎn)圖如右圖：由于掛線點(diǎn)偏心，在斷線張力作用Q下橫擔(dān)產(chǎn)生的扭矩可由前后兩

8、垂直面承受，垂直面端點(diǎn)的反力為：Z=TDeb主材受力為：鴨嘴橫擔(dān)計(jì)算簡(jiǎn)圖下平面角鋼主材受力：N1T°C曾+竺嚴(yán)-巴護(hù)1)華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告上平面角鋼主材受力：n=y(gG/+土呼巴qK"?+巴空)2o2hbbh三、計(jì)算結(jié)果。1、計(jì)算25m/s風(fēng)速和10m/s風(fēng)速下塔身風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值。(1) 計(jì)算25m/s風(fēng)速下的塔身風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值。塔頭風(fēng)荷載：電壓等級(jí)為220kV,高度為26.2m，粗糙程度為B類，查表2-5得風(fēng)壓隨咼度變化系數(shù)卩=1.36z查表2-14得風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)p=1.16z由型鋼桿件組成的塔架卩二1.3(1+n)，填充系數(shù)申=AA，塔頭取sf：1.2*0.3二0.3

9、6,塔頭b/h=(1.52+0.86)/2)/8=0.149,查表2-12得=0.56,構(gòu)件體形系數(shù)卩二1.3(1+n)=1.3*(1+0.56)=2.028s投影面積aAffh(寧)=0.36*8*(0.86+1.52)/2)=3.43m2塔頭風(fēng)壓q=卩卩卩wa/hzsz0f=(1.36*1.16*2.028*(25*25/1.6)*3.43)/8=536N/m設(shè)計(jì)值為：q®*Y*q=1*1.4*536=750N/mQ塔身風(fēng)荷載:電壓等級(jí)為220kV,高度為18.2m，粗糙程度為B類，查表2-5得風(fēng)壓隨高度變化系數(shù)卩=1.21z查表2-14得風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)p=1.0z由型鋼桿件組成

10、的塔架卩二1.3（1+n），填充系數(shù)申=AA，塔身取sf（P二1.2*03二0.36，塔身b/h=（1.52+3.035）/2）/18.2=0.127，查表2-12得=0.56,構(gòu)件體形系數(shù)卩二i.3（i+n）=1.3*（1+0.56）=2.028s投影面積aAf円"(寧)=0.36*18.2*(3.035+1.52)12)=14.92肌2塔身風(fēng)壓q=卩卩卩wa/hzsz0f=(1.21*1.0*2.028*(25*25/1.6)*14.92)/18.2=786N/m設(shè)計(jì)值為：q=v*y*q=1*1.4*786=1100N/mQ（2）、計(jì)算10m/s風(fēng)速下的塔身風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值。方法同（

11、1）,計(jì)算結(jié)果如下：覆冰工況：塔頭風(fēng)壓設(shè)計(jì)值：q=*y*q=1.0*1.4*86=120N/mQ塔身風(fēng)壓設(shè)計(jì)值:q=屮*y*q=1.0*1.4*126=176N/mQ安裝工況：塔頭風(fēng)壓設(shè)計(jì)值：q=*y*q=0.9*1.4*86=108N/mQ塔身風(fēng)壓設(shè)計(jì)值:q=屮*y*q=0.9*1.4*126=158N/mQ2、取塔腿進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，主材編號(hào)1、2,斜材編號(hào)3、4。工況荷載圖見前圖。桿塔內(nèi)力計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖如下：a二arcsin(18.2.飛18.22+0.762)arcsin(2.&<2.82+1.522)二26.10B二arcsin(2.&<2.82+1.522

12、)二61.50件=.i.522+2.82*sin(26.10)=1.4md二36.6*sin(26.10)=16.1m1桿塔內(nèi)力計(jì)算結(jié)構(gòu)尺寸簡(jiǎn)圖(1)Excel計(jì)算結(jié)果：(單位：kN)編號(hào)工況斷地線安裝情況I安裝情況II編號(hào)十、斷地線安裝情況I安裝情況II編號(hào)工況大風(fēng)工況覆冰工況斷上導(dǎo)線斷下導(dǎo)線Nul113.9619.06-9.63-9.63Nu2-147.19-60.73-23.6-23.6Ns313.992.19-0.61-0.61Ns4-13.99-2.190.610.61Nul-9.6330.265.41Nu2-23.6-67-22.28Ns3-0.61-0.641.13Ns40.61

13、0.64-1.13特別說(shuō)明：由于計(jì)算斷線工況時(shí)是在沒有計(jì)算斷線張力作用求得的主材和斜材的內(nèi)力與實(shí)際情況不同況的結(jié)果一樣，而實(shí)際情況則不同。各個(gè)工況下主材和斜材的內(nèi)力統(tǒng)計(jì)對(duì)比柱形圖如下：主材受力圖各個(gè)工況下主材受力圖斜材受力圖IrNs3'IL:焉4=I各個(gè)工況下斜材受力圖（2）MatTowerV1.0計(jì)算結(jié)果:（大風(fēng)工況）華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告500-50-100-150-200-250才和斜材-2001-50C內(nèi)力F(kN)E十仙X1015o5i.iou505124.52wwe-199.23Ns319.11Ns4-20.08計(jì)算結(jié)果表大風(fēng)工況下主材和斜材的內(nèi)力統(tǒng)計(jì)對(duì)比柱形圖如下：主材和斜

14、材內(nèi)力統(tǒng)計(jì)圖(3) 大風(fēng)工況下解析法和有限元分析方法的結(jié)果對(duì)比:150100II1111111Nu1Nu21Ns3Ns4對(duì)比圖主、斜材解析法匸二有限元分析法華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告1、按受壓穩(wěn)定性選擇主材的角鋼型號(hào)。（1）根據(jù)上表計(jì)算的數(shù)據(jù)，按最大軸向力進(jìn)行設(shè)計(jì)。由表得主材2受壓，軸向壓力最大值為147.19kN,記為Nu2=147.19kN.首先選取角鋼型號(hào)為L(zhǎng)125X12等邊角鋼，鋼的型號(hào)為Q235，軸向壓力為147.19kN,按最小軸布置，計(jì)算長(zhǎng)度取L=3m.（2）壓桿穩(wěn)定性條件：N-軸心壓力設(shè)計(jì)值，N;A-構(gòu)件截面毛截面積，mm2；0-軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；f-鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Nmm2

15、；m-壓桿穩(wěn)定強(qiáng)度折減系數(shù)。角鋼構(gòu)件：根據(jù)翼緣板自由外伸寬度b與厚度t之經(jīng)計(jì)算確定：二202時(shí)，取m=1.0；IA7lim/fn當(dāng)02<b<363時(shí)，m=1.677-0.677lim歷t舒N（b）（3）強(qiáng)度折減系數(shù)：查型鋼表：角鋼L125X12的b=125mm,t=12mm。華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告Q235的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215MPa。b=125=10.42<202=2°L=138t12v'f215所以m=1.0。N(4)、穩(wěn)定性折減系數(shù)：查型鋼表：角鋼L125X12的最小軸回轉(zhuǎn)半徑為r=2.46cm計(jì)算長(zhǎng)度為L(zhǎng)=3mo長(zhǎng)細(xì)比K九=KL/r=1.0*3000/24

16、.6=121.95Q235鋼b類截面，查表L-2得®=0.426。(5)穩(wěn)定性條件：查型鋼表：角鋼L125X12的A=28.91cm2。N(QA)=147190(0.426*2891)=119.5MPa<1.0*215MPa所以該主材滿足穩(wěn)定性要求。為了滿足經(jīng)濟(jì)性要求，選取較小型號(hào)的角鋼重復(fù)上述過(guò)程，直到選到合適。2、按受壓穩(wěn)定性選擇斜材的角鋼型號(hào)。(1)根據(jù)上表計(jì)算的數(shù)據(jù)，按最大軸向力進(jìn)行設(shè)計(jì)。由表得斜材4受壓，軸向壓力最大值為13.99kN,記為Ns4=13.99kN.首先選取角鋼型號(hào)為L(zhǎng)63X8等邊角鋼，鋼的型號(hào)為Q235，軸向壓力為13.99kN,根據(jù)塔腿結(jié)構(gòu)及斜材布置

17、，由表K-2得：計(jì)算長(zhǎng)度取L=1m.華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告(2)壓桿穩(wěn)定性條件：N/C<m6ANN-軸心壓力設(shè)計(jì)值，NoA-構(gòu)件截面毛截面積，mm2；0-軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；f-鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Nmm2；m-壓桿穩(wěn)定強(qiáng)度折減系數(shù)。N角鋼構(gòu)件：根據(jù)翼緣板自由外伸寬度b與厚度t之經(jīng)計(jì)算確定:I<(I)lim二節(jié)時(shí)，取m=1-0；當(dāng)些<b<363時(shí)，m=1.677-0.677xd；()b)iim(3) 強(qiáng)度折減系數(shù):查型鋼表：角鋼L63X8的b=63mm,t=8mm。Q235的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215MPa。b=63=7.875<t8202202二13.8所以m=1.0o

18、N(4) 穩(wěn)定性折減系數(shù):查型鋼表：角鋼L63X8的回轉(zhuǎn)半徑為:r=1.23cm計(jì)算長(zhǎng)度為L(zhǎng)=1m。華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告九=100/1.23=81.3<120由附錄J中的表J-1得長(zhǎng)細(xì)比修正系數(shù)K為：K=0.75+30/九=0.75+30/81.3=1.12長(zhǎng)細(xì)比K九=KL/r=1.12*81.3=91Q235鋼b類截面，查表L-2得®=0.614。(5) 穩(wěn)定性條件：查型鋼表：角鋼L63X8的A=9.52期2。N(QA)=13990(0.614*952)=23.93MPa<1.0*215MPa所以該斜材滿足穩(wěn)定性要求。為了滿足經(jīng)濟(jì)性要求，選取較小型號(hào)的角鋼重復(fù)上述過(guò)程，

19、直到選到合適。五、螺栓的選取和強(qiáng)度校驗(yàn)。1、主材連接螺栓的選取和強(qiáng)度校驗(yàn)。(1) 初選用4.8級(jí)M16螺栓，鋼材選用Q235鋼。主材軸向力為147.19kN。(2) 計(jì)算單個(gè)螺栓的受剪承載能力：Nb=n型fb=1x兀162x170=34.18kNvv4v4n-受剪面數(shù)目；vd-螺栓直徑，當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，則取螺栓的有效直徑;fb-螺栓連接的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N：mm2ov'(3)計(jì)算單個(gè)螺栓的擠壓承載能力：華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告Nb=d工tfb=16x12x370=71.04kNccxt-取同一受力方向承壓構(gòu)件厚度和的最小厚度和，mm;fb-螺栓連接的承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Nmm2。c(4)

20、螺栓數(shù)目的計(jì)算：、N147.19“n>=4.3Nb34.18min取n=6，螺栓為并列排列方式，角鋼每個(gè)面3個(gè)螺栓，兩個(gè)面共6個(gè)螺栓。(5) 構(gòu)件的強(qiáng)度校驗(yàn):nA-構(gòu)件的凈截面積，取凈截面積的較小者。nf-鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，N.mm2。A的計(jì)算：n1-1截面的的凈截面積：A=A-ndt=2891-2*16*12=2507mm2n10其中A由角鋼規(guī)格表查到L125X12的A=28.91cm2。貝I：&二二147190二58.71MPa<f二215MPaA2507n凈截面強(qiáng)度滿足要求，主材連接選擇的螺栓合理。2、斜材連接螺栓的選取和強(qiáng)度校驗(yàn)。（1）初選用4.8級(jí)M10螺栓，鋼材選用Q235鋼。斜材軸向力為13.99kN。華北電力大學(xué)計(jì)算報(bào)告（2）計(jì)算單個(gè)螺栓的受剪承載能力：Nb=n咚fb=lx兀xO%170=i3.35kNvv4v4n-受剪面數(shù)目；vd-螺栓直徑，當(dāng)剪切面在螺紋處時(shí)，則取螺栓的有效直徑;fb-螺栓連接的抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Nmm2。v（3）計(jì)算單個(gè)螺栓的擠壓承載能力：Nb=d工tfb=10x8x370=29.6kNcczt-取同一受力方向承壓構(gòu)件厚度和的最小厚度和，mm;fb-螺栓連接的承壓強(qiáng)度設(shè)