8變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)

1、變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) 8.變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)8.1概要（編號修改，下同）該例題通過一個(gè)常見的多跨變電構(gòu)架模型，介紹了使用midasGen建立該類鋼結(jié)構(gòu)模型的大體步驟和關(guān)鍵部位的模擬方法，演示建模過程思路、空間風(fēng)荷載自動(dòng)施加、剛性連接等功能的使用技巧和方法，并對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，參數(shù)定義注意事項(xiàng)做了簡要說明。例題的步驟如下：變電構(gòu)架資料及計(jì)算簡圖建立幾何模型添加約束條件4.添加荷載5.分析及添加荷載組合6.查看內(nèi)力7.設(shè)計(jì)要點(diǎn)8.1.1變電構(gòu)架資料及計(jì)算簡圖（數(shù)據(jù)僅供參考）某四榀變電構(gòu)架，單榀構(gòu)架兩側(cè)設(shè)置避雷針和端樁。結(jié)構(gòu)模型及尺寸如圖1-圖3所示。考慮風(fēng)荷載、地震荷載及導(dǎo)線站內(nèi)和出線張力影響。地震

2、分組：2組，烈度：8度（0.2g）、場地：3類場地。圖2單榀構(gòu)架正立面圖1XXjlh111111111、1sl7斗Ll.l疲井披樣欣4哇桿按町按圧鐵桿鐵口按kF鐵口圖3單榀構(gòu)架正立面桿件示意圖本例題，具體參數(shù)如下：材料：Q235；桿件規(guī)格：弦桿-P152X9桁架水平橫桿-L75X6桁架水平支撐-L75X6豎向斜桿：L80X7豎向豎桿：L90X8柱水平支撐：L125X10豎向端部桿：L90X8架構(gòu)柱：P400X8地線柱：P400X10豎向端部斜桿：L125X8端柱：P400X8避雷針一段：P180X5避雷針二段：P50X38.1.2建立幾何模型此類模型在Gen中建模時(shí)思路非常重要，一個(gè)好的建模思

3、路，能達(dá)到事半功倍的效果。充分了解模型特點(diǎn)，利用建模助手、復(fù)制移動(dòng)、鏡像功能便捷建模?？梢韵冉⒁婚瘶?gòu)架，再利用建好的一榀構(gòu)架去鏡像和復(fù)制出整體模型，主要步驟如下：1)建立材料和截面Gen中可以定義常規(guī)的角鋼、工字型鋼和鋼管等一般截面類型，也可以考慮SRC和鋼管混凝土等截面類型，還可以自定義任意截面類型，包括變電構(gòu)架常見的格構(gòu)式截面等。主菜單選擇特性-材料-材料特性值特性-截面-截面特性值材料號：1,名稱：Q235，規(guī)范GB12(s),數(shù)據(jù)庫：Q235,材料類型：各向同性截面數(shù)據(jù)：具體定義見圖4。IEFI1HUrnrtff1*1EOo:世u:D.KSL掛桿23Infill4匹呻桿Se生妄世刃斤

4、T徑同宦桿eaLIESeIGia制LI血JUtiiHEU-ra陽卄耳二Ig*aiw用尸F(xiàn)!HELlSULnuliHliltLhUEL用尸F(xiàn)l陽戶r陽戶rShift：F-用尸F(xiàn)MSBWr.iJ問綽恥.變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #圖4截面定義任意截面的定義在主菜單工具-生成器-截面特性生成器，定義并計(jì)算截面后，在“截面數(shù)據(jù)”中的“數(shù)值”中導(dǎo)入sec文件，如圖5所示。刪庫/用戶敦佰|用臺鬱面|貓韜臺良艷詞合煙戲而叮IIS.S面獲EC文件.戢面特性侑面現(xiàn)O.OOOOOeOOD耐2AsyOaOOOOetOODmT2Aaz0000006*000IxxO.QOOOOe*OODlW

5、5ooaooooooIzzD.aOQDDBQDDCypD.aaODmCymO.OOODmCzp0000DmCzmaoqoomQyjaoooa噸Qzsowoom2Peu.O-a.aaoooEaoDmPeii:lO.aOOOOe*OODmCerrly0000DMiCeMz00000myiooooomJ灘鈕合竝面圖5任意截面導(dǎo)入2)建立一榀構(gòu)架一榀構(gòu)架的建立在Gen中有多種方法，這里介紹兩種方法，法一為一般建模方法，即通用方法，可增加對Gen建模功能的多方面了解。法二使用建模助手，為便捷方法，體現(xiàn)此類構(gòu)架的建模優(yōu)勢。用戶在使用時(shí)，任選一種建模方式即可。法一：將整體坐標(biāo)XZ平面定義為用戶坐標(biāo)XY平面，

6、直接在XY平面內(nèi)通過點(diǎn)格捕捉或擴(kuò)展功能建立平面桁架，再通過移動(dòng)下弦桿件和空間捕捉節(jié)點(diǎn)建立空間構(gòu)架。關(guān)鍵步驟如下：(1)主菜單選擇結(jié)構(gòu)-坐標(biāo)系平面-UCS-XZ平面。定義xy用戶坐標(biāo)(UCS)在整體坐標(biāo)中的坐標(biāo)原點(diǎn)、旋轉(zhuǎn)角度、勾選激活UCS平面和修改視角，如圖6所示。確認(rèn)后，界面如圖7所示(關(guān)注紅色框)。注:絕大多數(shù)實(shí)際結(jié)構(gòu)的平面和立面是比較復(fù)雜的，但即使多么復(fù)雜的平面和立面也都是由規(guī)則的幾何體組成的。因此用戶可以為各幾何體分別建立用戶坐標(biāo)系，在各自的坐標(biāo)系上分別建模。用戶坐標(biāo)系是快速建立復(fù)雜模型的有效手段。Gen中柵格捕捉必須在XY平面變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #

7、#內(nèi)，所以可以通過定義用戶坐標(biāo)UCSX-Y平面與柵格點(diǎn)合作,建立高效的建模環(huán)境，當(dāng)然必須選擇正確的視圖，例如，將GCSX-Z定義為UCSX-Y，需在前中進(jìn)行。此例題也可直接將圖8桁架所在平面直接定義為UCSX-Y去處理。更詳細(xì)的了解，見軟件幫助目變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #(2)直接在UCS-xy平面利用柵格點(diǎn)捕捉建立上下弦桿和腹桿，點(diǎn)擊；或者利用點(diǎn)擴(kuò)展成線的方式，同樣可以建立，單元擴(kuò)展-“節(jié)點(diǎn)線”，建好的模型如圖8所示。注:對話框和工作目錄樹的轉(zhuǎn)換可通過轉(zhuǎn)換變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #圖8平面桁架(3)將UCS切換到全局坐標(biāo)GCS,視圖-格柵捕捉-UCS/GCS

8、；在GCS中，移動(dòng)下弦桿節(jié)點(diǎn)到相應(yīng)位置，節(jié)點(diǎn)/單元-節(jié)點(diǎn)-復(fù)制移動(dòng)，如圖9所示。如圖10所示半榀圖9移動(dòng)下弦節(jié)點(diǎn)鏡像圖9桁架，建立另一半對稱桁架；節(jié)點(diǎn)/單元-單元-鏡像變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #注:鏡像時(shí)，注意是否勾選“鏡像Beta角”和“反轉(zhuǎn)單元坐標(biāo)系”，兩者的判斷與用戶施加荷載的方向有關(guān)，可點(diǎn)擊單元-單元局部坐標(biāo)方向，查看具定義的單元坐標(biāo)系-目鐵盤EI髻護(hù)爭巔巡一固一Q，I-:：hPJ圖10鏡像形成半榀構(gòu)架(5)在窗口中捕捉相應(yīng)節(jié)點(diǎn)，在下弦平面建立水平支撐；并復(fù)制節(jié)點(diǎn)形成邊跨桁架和柱子的頂點(diǎn)，如圖11所示。Ensnxl圖11半榀構(gòu)架論驚固n-Qll6)擴(kuò)展單元(節(jié)點(diǎn)-線的

9、方式)形成短柱、架構(gòu)柱和避雷針，如圖12所示。變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) #注：此時(shí)的擴(kuò)展，可通過任意間距和任意方向?qū)崿F(xiàn)，方向向量可通過設(shè)計(jì)位置確定生翊羔7住聖閆芙右向kr:QffSJ5向物%,M4A3S50J巧歸3(7)圖12半跨構(gòu)架，形成一跨構(gòu)架，如圖13所示。0=0豊固n一卩圖13一跨構(gòu)架法二：主菜單選擇結(jié)構(gòu)-建模助手-基本結(jié)構(gòu)-桁架，建立半榀桁架，如圖14、圖15，半榀桁架到一榀構(gòu)架的建立可參考法一。注：桁架建模助手可方便快捷的建立平面桁架，通過alpha、beta、gamma（分別繞整體坐標(biāo)系X軸、Y軸和Z軸的旋轉(zhuǎn)）的定義，可將桁架放置在任意面內(nèi)，同時(shí)可以考慮釋放梁端約束（

10、建模助手中上弦和下弦采用梁單元模擬，腹桿采用桁架單元模擬，因而對上下弦可釋放梁端約束。蠶-Mmnmfwwp*rTSEeriiwffl.”葉占卓卓ij斗.巴g跑霸亦asi圖14桁架建模助手圖15桁架建模建立整體幾何模型鏡像一榀構(gòu)架形成兩榀，兩榀形成四榀，避雷針部分可復(fù)制，這樣形成整體幾何模型，不再贅述，如圖16所示。KSn-QieSttD變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #巨工谿I-FFWWIJtF3fZ-曲書日X=S?M陽Ia:wieII-LirariOIio：KEXII:曄牝XI：I:-BWMI圖16整體幾何模型4)材料截面特性賦予構(gòu)件給構(gòu)件賦予材料截面特性，可以在建模過程中，邊建模

11、邊完成，也可以建好模型后，統(tǒng)一操作。Gen中材料截面的施加，最方便的方式是“拖拽”如圖17所示。EfMtft&giiKJlHS沖國血:亠時(shí)w*1尸頂柏LIIF圖17拖拽賦予構(gòu)件屬性5)選擇單元類型Gen中單元類型可分為線單元、面單元、實(shí)體單元，線單元包括桁架單元、梁單元(一般梁/變截面梁)、只受拉/鉤/索單元和只受壓/間隙單元。構(gòu)架常用的單元類型是桁架單元和梁單元。用戶在模擬時(shí)，對梁單元和桁架單元的選擇要看實(shí)際的受力情況。如桁架單元只能承受軸向拉壓，也就是只能承受節(jié)點(diǎn)荷載，而梁單元可受軸力、剪力和彎矩作用。構(gòu)架下弦水平面要進(jìn)出導(dǎo)線，應(yīng)使用梁單元模擬。腹桿可視具體情況而定，如考慮桿件單元風(fēng)荷載，

12、需要將腹桿模擬成梁單元。8.1.3添加約束條件模型整體底部給予固結(jié)或鉸接，視實(shí)際情況而論。構(gòu)件之間的連接，程序默認(rèn)為固結(jié)(僅對梁單元，對桁架單元默認(rèn)為鉸接)，如梁單元與梁單元之間連接，程序默認(rèn)為固定6個(gè)自由度，根據(jù)實(shí)際情況，考慮鉸接或滾動(dòng)支座時(shí)，可使用釋放梁端約束功能，主菜單邊界-釋放/偏心-釋放梁端約束來實(shí)現(xiàn)，如圖18所示。I$駅胡沖用X蛍：林珈X扌：四ft1=:呀1&馴1C:週向卿耐1T:號疋怦It-Wtitil倍3IntMEIILIM址IUIn-32山笑Jj1ULDIDI日UHsatiiK譏IMI-M用WGAIL書Ti-M4IE-圖18釋放梁端約束-.-.|口也禺.口號|*|胃X昱mln

13、l一Qllqll注：當(dāng)在一個(gè)節(jié)點(diǎn)釋放多個(gè)桿件的端部約束時(shí)，注意可能會發(fā)生奇異現(xiàn)象。當(dāng)不可避免地發(fā)生這種情況時(shí)，需要在相應(yīng)自由度方向加一具有微小剛度的彈性連接單元或彈性約束。多個(gè)梁單元在一點(diǎn)鉸接時(shí)，為了避免發(fā)生奇異，其中一個(gè)梁單元不釋放梁端約束，其它梁單元變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #釋放梁端約束。因?yàn)闆]有旋轉(zhuǎn)方向自由度的單元之間連接時(shí)，程序分析過程中將發(fā)生奇異現(xiàn)象(SingularError)。桁架單元沒有旋轉(zhuǎn)方向自由度，程序內(nèi)部自動(dòng)約束相應(yīng)節(jié)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)自由度。構(gòu)架柱與構(gòu)架弦桿間做剛性連接，即保證柱頂點(diǎn)、下弦端部的變形協(xié)調(diào)如圖19、圖20所示。剛性連接定義需要定義主從節(jié)點(diǎn)，從節(jié)點(diǎn)

14、自由度從屬于主節(jié)點(diǎn)。一般將剛度大的連接點(diǎn)定義為主節(jié)點(diǎn)。兩點(diǎn)的變形結(jié)果首先要滿足轉(zhuǎn)動(dòng)變形一致，然后在此基礎(chǔ)上根據(jù)平動(dòng)變形相等并考慮轉(zhuǎn)動(dòng)變形的影響得到兩點(diǎn)最終的平動(dòng)變形。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)變形的影響，剛性連接的兩點(diǎn)平動(dòng)變形通常都是不相等的。變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) #圖19構(gòu)架柱與構(gòu)架弦桿間剛性連接申麗r-xtJf:王Fj5畧圖20定義剛性連接8.1.4添加荷載Gen中可以模擬節(jié)點(diǎn)荷載、單元荷載、面荷載、溫度荷載、預(yù)應(yīng)力等荷載類型，滿足變電構(gòu)架的加載要求。1）Gen中施加荷載之前首先要定義荷載工況，主菜單荷載A建立荷載工況靜力荷載工況;定義荷載工況類型后，后續(xù)進(jìn)行荷載組合時(shí)，程序會自動(dòng)考慮規(guī)范的

15、荷載組合系數(shù)。鑒于電力院荷載的特殊性，除一般的自重及風(fēng)荷載外，其它荷載均可將荷載類型定義為“用戶定義的荷載（USER）”，并在荷載組合時(shí)自定義荷載組合系數(shù)，如圖21所示。岀違英力AS1iflffl：-：,!.-i：i-i1叵戟=i：:tic)-愛:中”屛徇目才2、正向?qū)怅枒糇呓坏暮墒?USERi出殊抵力3*正冋尋擁jseri出瞅力4X.-.冋電用尸：二:&.*_j|冠注：采用子空間迭代，有時(shí)信息欄會提示“達(dá)到最大迭代次數(shù)，請?jiān)谡駝?dòng)結(jié)果表中檢查公差。建議增加子空間維數(shù),大于MIN(2Nf,Nf+8)Nf數(shù)量的頻率”(英文提示)，此時(shí),建議根據(jù)提示，修改子空間大小，否則，影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。變

16、電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #圖27特征值控制方法變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #供if?理:tt證li曲:圍孑空砌弋CjlrkTii!隔初泊苗噸向里如L惟）抑MMU工忌SS1豈aFS密的司BEfittI.；.-FR.M.-|DW1b4f=!QAGSHf!謝征俏苛忻驗(yàn)JE|I利|旳消圖28多重Ritz向量法加載方式變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # # #變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #8.1.5分析及添加荷載組合分析結(jié)束之后，查看后處理結(jié)果之前，應(yīng)進(jìn)行荷載組合，主菜單結(jié)果-組合-荷載組合?！耙话恪庇?/p>

17、于內(nèi)力和變形結(jié)果查看，“鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”等用于相應(yīng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)。由于電力行業(yè)荷載組合數(shù)量較大，一般需要人為干預(yù)。Gen支持自定義荷載組合，也可與Excel交互，直接將荷載組合在Excel表格中定義好后，復(fù)制黏貼，如圖29所示。10工!?們上唔1112IW萇電工盤佔(zhàn)息舀I.Sio.ft-.fi工劉jSs工尺出翟.3HHP送世館和tlHLImta扣輸11-H-HunRMRU.31?J44-3.J13ilAISP13咖c13MB:上冊f*畑*1頑證円ELriidacbHIE-ns1810圖29荷載組合8.1.6查看內(nèi)力內(nèi)力查看的具體詳情，可參考midasGen初級培訓(xùn)手冊中鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析及設(shè)計(jì)8.1.7設(shè)

18、計(jì)要點(diǎn)Gen中可進(jìn)行設(shè)計(jì)，更專業(yè)的設(shè)計(jì)模塊，請?jiān)贕endesigner中進(jìn)行。對于鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在主菜單設(shè)計(jì)-一般設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)-鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中進(jìn)行。對于鋼結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算和優(yōu)化，可參考midasGen初級培訓(xùn)手冊中的鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析及設(shè)計(jì)，里面有詳細(xì)的說明。針對變電構(gòu)架，要注意以下幾點(diǎn)：1）在進(jìn)行設(shè)計(jì)前，必須“指定構(gòu)件”，如圖30所示。設(shè)計(jì)是按構(gòu)件來進(jìn)行的，分析是按單元來進(jìn)行的；對于梁單元或桁架單元，當(dāng)一個(gè)構(gòu)件由幾個(gè)線單元組成時(shí)，可以將這些單元指定為一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。容詐單一單元勺件紙糞型豐動(dòng)白動(dòng)選擇奧型舸孫擔(dān)垢詵棵喲111jL.2222,2333.2444.Z555.2S6已2?1ES6fl_29QQ.33注：對于鋼結(jié)構(gòu)需要將單元指定為構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，否則構(gòu)件的計(jì)算長度容易取錯(cuò)。例如，根據(jù)變電行業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)程，人字柱和格構(gòu)柱的計(jì)算長度及系數(shù)都有相應(yīng)的規(guī)定，用戶可在這里可人為干預(yù)計(jì)算長度,在設(shè)計(jì)-一般設(shè)計(jì)參數(shù)中自定義計(jì)算長度系數(shù)。變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì)變電構(gòu)架分析與設(shè)計(jì) # #圖30指定構(gòu)件2）對于自由長度、計(jì)算長度系數(shù)、等效彎矩系數(shù)、極限長細(xì)比等參數(shù)，程序可根據(jù)規(guī)范、構(gòu)件連接和支撐條件自動(dòng)計(jì)算，對于受力復(fù)雜或規(guī)程有特殊考慮的參數(shù)，可以手動(dòng)計(jì)算，進(jìn)行人為修改，如圖31-34所