輸電塔結(jié)構(gòu)模型設(shè)計說明書

1、“大鵬展翅”輸電塔結(jié)構(gòu)模型設(shè)計理論方案浙江省大學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計競賽組委會二OO七年十月目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 序2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 設(shè)計說明書4 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 研究背景和意義4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 結(jié)構(gòu)的構(gòu)思和結(jié)構(gòu)的選型4 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document

2、方案圖7 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 模型三維圖7 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 模型三視圖8 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 主要構(gòu)件圖9 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 2.4支座與連接詳圖10 HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 計算書11 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 3.1

3、計算模型11 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 3.2荷載分析11 HYPERLINK l bookmark81 o Current Document 內(nèi)力分析12 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.4整體結(jié)構(gòu)水平方向變形分析133.5 材料的力學(xué)性能與粘結(jié)工藝13 HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 四研究中存在的問題及反思14序輸電塔作為這個電器的時代的支撐點，她需要耐人尋味的體態(tài)，輕盈的身軀， 以及一副剛強(qiáng)的骨架。一個構(gòu)筑物第一時間傳遞給

4、我們是視覺上的沖擊，那就是外形。自身的重量 是任何物體所必須克服的，輕盈的身軀將為基礎(chǔ)減去相當(dāng)?shù)呢?fù)擔(dān)。承受再輕的重 量，也必須有相應(yīng)的骨架。面對高聳的輸電塔更是如此。一副合理的骨架結(jié)構(gòu)是 承載能力的關(guān)鍵。短短10年時間內(nèi)我國輸電線路長度增加了一倍多。在電網(wǎng)建 設(shè)的過程中，輸電塔也得到了前所未有的發(fā)展，從早期的以木材為主要材料作為 輸電桿，到后來以鋼筋水泥桿為主要材料作為輸電塔，到現(xiàn)在的以鋼材為主要材 料作為輸電塔；塔重從單基重量12噸，發(fā)展到現(xiàn)在最大單基塔重3980噸；塔 高從幾米發(fā)展到2004年10月建成投產(chǎn)的江陰段長江大跨越，塔高346.5米，是 世界輸電第一高塔。因而在此次我們主要考慮以

5、下幾個方面來來設(shè)計我們的結(jié) 構(gòu)：承載能力高、自重輕、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，合理、外形新穎、符合實際制作、使用時 結(jié)構(gòu)變形小。滿足以上各個方面，我們舍棄了傳統(tǒng)的類似于筒體的桁架，采用了單剛片受 扭的雙剛片交叉結(jié)構(gòu)。她作為一個剛片受水平垃力，可以減少較多面上的短桿件的使用。自重輕， 耗材少。外形更是完成了一個突破。同時長桿件的使用減少了結(jié)點的處理更符合 實際制作的要求。更為了使結(jié)構(gòu)為創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)，美觀，使用，我們采用了雙剛片 X交叉的結(jié)構(gòu)。就我們的理論分析，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制作的過程相結(jié)合尚在實際 使用范疇之內(nèi)，我們有必要做出大膽的假設(shè)，并付出實際的行動。在實踐中把握 真理。1.設(shè)計說明書逍遙游曰：北冥有魚，其名

6、為鯤。鯤之大，不知其幾千里也；化而為鳥，其名為鵬。鵬 之背，不知其幾千里也；怒而飛，其翼若垂天之云。北方的大海里有一條魚，它的名字叫做鯤。鯤的體積，真不知道大到幾千里； 變化成為鳥，它的名字就叫鵬。鵬的脊背，真不知道長到幾千里；當(dāng)它奮起而飛 的時候，那展開的雙翅就像天邊的云。方不知鵬有多大，但相比現(xiàn)今的高聳結(jié)構(gòu)卻極為貼切。大而輕且有驚人的力 量，扶搖直上則九萬里。這更是符合了我們結(jié)構(gòu)的意境。我們的結(jié)構(gòu)因此而得名。1.1研究背景和意義在我們參加結(jié)構(gòu)設(shè)計大賽前，結(jié)構(gòu)的概念對于我們而言只限于書本。創(chuàng)造更 是在我們思考范圍之外。不知道是多年學(xué)習(xí)上的弊端還教育模式的缺陷，對于實 際和創(chuàng)作我們毫無概念和頭

7、緒。但任何狀態(tài)在努力之后都是可以被打破的，隨之 形成新的格局。這次結(jié)構(gòu)大賽便成就了這樣一個改變。在這次結(jié)構(gòu)的設(shè)計和模型 的制作中我們的經(jīng)驗就如我們的模型那般從無到有，從滿身缺陷到逐步完善。期 間我們的思想也經(jīng)歷了一個從浮躁到鎮(zhèn)靜的過程。觀察了學(xué)校周圍的實物電塔以 后，我們就模仿實物把初步模型鎖定了。真正的制作也便開始了，隨之而來的卻 是眾多不可預(yù)知的問題的不斷涌現(xiàn)和解決，成功似乎就我們眼前。有設(shè)計和實際 的沖突，有結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用和桿件制作方面的困難，還有就是結(jié)點上的處理等都是 我們必須克服的，在一個又一個模型的建立和推翻，我們有些沮喪卻未曾放棄。 這樣我們才有機(jī)會附上這篇心得。1.2 結(jié)構(gòu)的構(gòu)思

8、和結(jié)構(gòu)的選型輸電塔的介紹隨著鋼鐵工業(yè)的快速發(fā)展和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，為設(shè) 計人員擴(kuò)展了思路。近幾年來設(shè)計人員設(shè)計出了許多新的塔型，有為了減少線路 走廊寬度的緊湊型塔、有跨越大江大河的大跨越塔、有線路走在城郊附近與城市 環(huán)境相協(xié)調(diào)的鋼管塔等，充分體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)在輸電塔的廣泛運(yùn)用。（一）結(jié)構(gòu)構(gòu)思在此次結(jié)構(gòu)的設(shè)計中我們做出了大膽嘗試。我們的思路主要從美觀，結(jié)構(gòu)， 制作和承重出發(fā)。（1）外觀窈窕淑女君子好逑。人把自己推薦出去需要亮裝，優(yōu)雅的體態(tài)。一件物品表 達(dá)自己的最直接方式就在視覺上第一時刻征服眼球，而一個平凡無奇的結(jié)構(gòu)是達(dá) 不到我們的目的。在傳統(tǒng)和創(chuàng)新間我們選擇了后者。舍棄傳統(tǒng)的四面矩形框架受

9、 扭的結(jié)構(gòu)，設(shè)計為新穎的雙剛片交叉結(jié)構(gòu)。從各個角度觀察，還是從整體結(jié)構(gòu)和 局部桁架，會發(fā)現(xiàn)三角形是這個結(jié)構(gòu)所要表達(dá)主題。無論是古時的金字塔還現(xiàn)代 的中銀大廈都無不體現(xiàn)人類的三角情節(jié)，三角除了她所體現(xiàn)出來棱角的個性，更 是因為她在力學(xué)上所表現(xiàn)出來的穩(wěn)定形。（2）結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)的好壞直接影響承受何載的大小以及材料的損耗量。輸電塔在承受拉壓 的同時還受到水平方向的拉力產(chǎn)生的扭矩。對于抗扭而言，筒結(jié)構(gòu)是我們的第一 選擇。它具有良好的抗扭性能。類似與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，它多以長方體的結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)。 在四個外圍豎直面上做大量的斜桿來抵抗水平方向拉力產(chǎn)生的扭矩。結(jié)構(gòu)中的桿 件發(fā)揮的作用是極為合理的。然而對于材料的損耗卻偏多

10、。在受力考慮，我們著 重突出面受扭。在受力的形式上，單剛片的受力將結(jié)構(gòu)受扭力的狀況中解放。使 的結(jié)構(gòu)的受力方式轉(zhuǎn)變?yōu)閯偲軓?，這樣便降低了桿件截面的強(qiáng)度要求。為了彌 補(bǔ)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定上的缺陷，我們通過細(xì)桿在左右兩側(cè)做了兩個X的支撐解決了結(jié)構(gòu) 的整體穩(wěn)定性。豎向荷載由框架結(jié)構(gòu)主要承受，支撐體系來承受側(cè)向荷載，保證 結(jié)構(gòu)有足夠的側(cè)向剛度，以控制側(cè)向位移在規(guī)定限制內(nèi)。頂部我們考慮受豎直拉 力，故通過一根長細(xì)桿平衡左右受力。（3）制作出于對結(jié)構(gòu)整體性的考慮，我們選擇以四長桿為主桿由基礎(chǔ)直到頂部，細(xì)短 桿做支撐以及少量的桁架。同時對次材料進(jìn)行的分析，結(jié)點是我們制作方面較難 克服的一個關(guān)口。盡量少的結(jié)點也正是

11、我們所追求的。而雙剛片的一單面受力減 少了桁架的制作，在減少自身重量的同時也減少了結(jié)點。（4）承重以一個面來承受水平壓力，相對與一個體來承栽。不考慮自重的情況下，體 受力具有的優(yōu)勢。但考慮材料的平均的承載的是時候，合理的面受力將體現(xiàn)出相 當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。（二）結(jié)構(gòu)的選型方案一圖方案二圖方案一：如上圖一所示，我們最初選擇的結(jié)構(gòu)是以雙鋼片上去，周邊不做桁架支撐， 整體看上去干凈利落，但是她有一個致命的薄弱點，就是在兩主桿的交叉點在加 載過程中會形成應(yīng)力集中，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，因此我們放棄了這個方案。方案二：如上圖二所示，考慮到方案一結(jié)構(gòu)的薄弱點，以及經(jīng)過大量的思考，我們 決定在主桿上再用桿支撐，形成像筒一

12、樣的結(jié)構(gòu)，是結(jié)構(gòu)在交叉面的受扭面積變 大，中間用小桿支撐，使結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性比方案一有了相當(dāng)大的提高。綜上所述，我們選擇了雙剛片X交叉受力同時在結(jié)構(gòu)中下部分做交叉桁架 支撐的結(jié)構(gòu)形式。2.1 模型三維圖2.方案圖圖1模型三維圖2.2模型三視圖圖3俯視圖2.3主要構(gòu)件圖1.主桿圖5主桿剖面圖2.附桿圖6細(xì)桿剖面圖2.4支座與連接詳圖圖8桿件相互連接詳圖3.計算書3.1計算模型本輸電塔結(jié)構(gòu)簡化為下圖所示力學(xué)模型，其中L二AE=BD=107CM,AB=40CM,DE=30CM。圖9.計算模型3.2荷載分析輸電塔結(jié)構(gòu)承受的荷載除本身自重主要是水平方向和豎直方向的荷載作用， 由于輸電塔的自重較輕與水平荷載和

13、豎直荷載相比可以忽略不計。所以。再內(nèi)力 分析中只要考慮水平荷載和豎直荷載的作用。豎直方向的作用等于把力平均分配到四根主桿上。然后在A點，或B點進(jìn)行 水平方向的作用，此結(jié)構(gòu)等于把單方向水平拉了所產(chǎn)生的扭力轉(zhuǎn)化為對結(jié)構(gòu)的一 種拉壓形式，為了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，所以在結(jié)構(gòu)的部分處加了許多桁架， 由于短小的桿件過多，為了計算方便，我們對實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化處理進(jìn)行分析， 而在后面的強(qiáng)度與剛度分析中給與保守的設(shè)計，來彌補(bǔ)這一點，以滿足輸電塔設(shè) 計的要求。3.3 內(nèi)力分析1）豎直方向作用分析根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)概念及結(jié)構(gòu)的對稱性，當(dāng)荷載作用在根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)概念及結(jié)構(gòu)的對稱性，當(dāng)荷載作用在A或B點的時候。桿件都受壓力

14、，做桿件的受壓內(nèi)力圖:在這種情況下Fmax=25kN2）水平方向作用分析由于此結(jié)構(gòu)的特殊性，所以在結(jié)構(gòu)的上不存在彎矩。只是轉(zhuǎn)化為抗拉和抗壓， 做桿件的受壓受拉內(nèi)力圖：在這種情況下Fmax=100N3.4整體結(jié)構(gòu)水平方向變形分析根據(jù)計算和實際的輸電塔模型，顯然結(jié)構(gòu)的A或B水平方向的偏移在每一次 具體加載時都不超過5CM，所以滿足最大水平拉力要求。3.5材料的力學(xué)性能與粘結(jié)工藝2.1材料力學(xué)性能指標(biāo)1、170g牛皮紙彈性模量與拉應(yīng)力.壓應(yīng)力彈性模量（MPa）3000拉應(yīng)力（MPa）40壓應(yīng)力（MPa）132、蠟線極限拉力股數(shù)1極限力（N）48110 168 207 225 232乳液聚合是一種或幾

15、種烯類單體在乳化劑的分散穩(wěn)定作用下經(jīng)自由基引發(fā) 劑引發(fā)，在水相中呈水包油乳狀液分散的聚合反應(yīng)過程。聚合產(chǎn)物是以微膠粒 （0.11.0mm）狀態(tài)分散在水相中的乳狀液，穩(wěn)定性優(yōu)良。由于以水作介質(zhì)，具， 使用安全，無污染的優(yōu)點，用于粘合劑最合適。由于牛皮紙的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度，所以在制作的時候我們盡可能的 把牛皮紙卷得厚實。但是在制作與受力方面環(huán)形得截面比較合適，所以我們得桿 件都是做成圓桿的。白膠中含有水分涂在牛皮紙上會降低它的強(qiáng)度，所以膠水盡可能的少用。在 關(guān)鍵部分涂上薄薄的均勻的一層即可。在結(jié)點的處理上，我們把附桿剖開一些， 然后固定在需要綁的桿件上，然后涂上膠，綁上臘線。4.研究中存在的問題及反思單剛片代替體結(jié)構(gòu)受扭的事例在實際中并不被提倡，但對于一些特殊的構(gòu)筑 物，她還是體現(xiàn)出相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。我們所設(shè)