架空輸電鐵塔有限元建模與極限承載力計(jì)算分析.pdf

1、架空輸電鐵塔結(jié)構(gòu)完整性直接影響鐵塔建設(shè)資金投入的大小，運(yùn)行中的輸電塔線體系一旦發(fā)生破壞，會(huì)給沿線的工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)生活帶來(lái)巨大影響。因此，研究架空輸電鐵塔極限承載力具有重要的工程價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。
　　架空輸電鐵塔結(jié)構(gòu)在工作過(guò)程中會(huì)遇到如地震，大風(fēng)等極端條件，結(jié)構(gòu)承受的載荷會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)載荷，因此，對(duì)于新設(shè)計(jì)的塔型需要考察其極限承載力。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)輸電鐵塔結(jié)構(gòu)極限承載性能的研究以真型試驗(yàn)為主，真型試驗(yàn)耗費(fèi)大、周期長(zhǎng)，得到的數(shù)據(jù)也有限，所

2、以有必要對(duì)架空輸電鐵塔的極限承載力開(kāi)展數(shù)值計(jì)算研究。塔架結(jié)構(gòu)的極限承載力計(jì)算涉及結(jié)構(gòu)屈曲和后屈曲變形，非常復(fù)雜。
　　本文使用大型通用有限元分析軟件LS-DYNA，分別建立了某真型鐵塔桿單元、梁?jiǎn)卧蜌卧S有限元模型，使用LS-DYNA顯式算法計(jì)算了三種模型在60度大風(fēng)載荷超載50％瞬態(tài)加載工況和緩慢加載工況的位移變化過(guò)程，針對(duì)輸電鐵塔模型承載位移變化，分析了輸電塔破壞的部位和構(gòu)件，并與該輸電鐵塔真型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，對(duì)比分

3、析了三種模型計(jì)算輸電鐵塔的優(yōu)劣，得出的主要結(jié)論如下：
　　1.桿模型，梁模型和殼模型都可以模擬輸電鐵塔極限承載行為，與真型試驗(yàn)相比，三種模型計(jì)算精度不一樣。
　　2.載荷不超過(guò)8％時(shí)，塔架產(chǎn)生彈性小變形，三種模型計(jì)算得到的測(cè)點(diǎn)位移是一樣的。
　　3.載荷介于8％和50％之間時(shí)，殼模型精度整體來(lái)看要高于梁模型，緩慢加載工況最大誤差為52％，梁模型最大誤差為254％。載荷超過(guò)10％時(shí)，桿模型計(jì)算位移與殼模型最大相差9倍左右

4、，載荷超過(guò)30％時(shí)，桿模型出現(xiàn)整體失穩(wěn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出測(cè)點(diǎn)位移實(shí)測(cè)值。
　　4.載荷介于50％和100％之間時(shí)，梁模型計(jì)算得到的測(cè)點(diǎn)位移要高于殼模型，緩慢加載工況最大誤差為32％，而此時(shí)殼模型最大誤差達(dá)70％，桿模型計(jì)算位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)測(cè)值。
　　5.載荷介于100％和超載10％之間時(shí)，塔架少數(shù)構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)，此時(shí)，梁模型計(jì)算得到的測(cè)點(diǎn)位移精度高于殼模型，緩慢加載工況最大誤差為22％，而殼模型最大誤差為61％，桿模型計(jì)算位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)超

5、出實(shí)測(cè)值。
　　6.載荷介于超載10％和超載30％之間時(shí)，塔架較多構(gòu)件進(jìn)入塑性狀態(tài)，部分構(gòu)件屈曲，此時(shí)，梁模型計(jì)算得到的測(cè)點(diǎn)位移要高于殼模型，緩慢加載工況中最大誤差為25％，此時(shí)殼模型最大誤差達(dá)342％，桿模型計(jì)算位移遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出實(shí)測(cè)值。
　　7.加載超過(guò)30％時(shí)，塔架桿模型出現(xiàn)整體失穩(wěn)；瞬態(tài)加載工況超載30％時(shí)，塔架梁模型出現(xiàn)整體失穩(wěn)；瞬態(tài)加載工況超載20％時(shí)，塔架殼模型出現(xiàn)整體失穩(wěn)。
　　8.緩慢加載工況測(cè)點(diǎn)位移精度高