铁塔内力报告剖析.docx

1、铁塔内力报告剖析华北电力大学计算报告作业名称 铁塔内力分析与计算 课程名称 输电杆塔及基础设计 专业班级:学 号:指导教师:学生姓名：成 绩:完成日期：华北电力大学计算报告一、题目内容及要求。220kV上字型直线塔单线图如图1所示，全高H=26.2米，呼 高H0=18.2米，重G0=26470.78N，设计条件见表1。使用解析法 计算七种工况下横担下塔身第一节间、地线支架、横隔、横担等主材 和斜材或隔材的内力（任意选择一个部位）。七种工况包括：（a）运行工况1（大风工况）；（b）运行工况H （覆冰工况）；（c）断上导线情况；（d）断下导线情况；（e）断地线情况;（f）安装情况I; （g）安装情

2、况u1116 11.S6（a）运行工况1（大风工况）塔头荷载图（1415 巧KN （b）运行工况n （覆冰工况）塔头荷载图11.S6（d）断下导线情况塔头荷载图（KN）co1136 II 備（c）断上导线情况塔头荷载图（KN）(f)安装情况I塔头荷载图(KN(e) 断地线情况塔头荷载图(KN-71(g) 安装情况n塔头荷载图(KN2 3351 Jr字堆单线图华北电力大学计算报告ai设计条件设计条件电压垂宜档跻2201VLGJ750气象条件最天凤速事故安装风速（mw）2510-10*54040i： innn)5-二、计算思路。1、静定平面桁架的内力分析（a）塔架受力简图；（b）正面桁架受力；（c

3、）右侧面桁架受力。说明：常略去与荷载方向相垂直的那两片平面桁架的作用， 假定只由与荷载方向相平行的两片桁架承受荷载。2、单腹杆桁架。（1）、主材受力分析及内力计算（截面法）。主材受力简图如下：华北电力大学计算报告主材受力简图如图（d）:截取3-3截面，则主材内力为:方法NuJ%2ba、G4sin :-Pd及塔头塔其中：v Mo3表示3-3截面以上所有水平力Pb、身风压q对0点之矩。V G表示3-3截面以上全部垂直载荷设计值之和。此法所求内力为近似值 方法二：利用Mo3 =0求解、Mo3 Nu3 d =0Kl + 瓦 M03Nu3 : b3注： Mo3为除主材内力以外的外力力矩之和，特别注意所有

4、外 力取矩时由于单片受力大小均取1。2（2）、斜材受力分析及内力计算（截面法）。以两弦杆延长线交点O为力矩点，建立力矩平衡方程，计算斜lh内力。斜材计算简图如下：华北电力大学计算报告斜材计算简图斜材内力计算：/其中：a Mo代表截面以上除斜材内力以外所有外力对 O点力矩 设计值之和。3、双腹杆桁架。主材和斜材计算简图如 右图：（1 ）、以截面以上部分为 隔离体，以双腹杆交点为力矩 点，建立平衡方程，计算主材 的内力。（2 ）、以两根主材延长线的交点为力矩平衡点，计算斜材内力双腹杆主材和斜材桁架计算简图华北电力大学计算报告主材内力为：Nu=2巴-三鼻，计算公式与单斜材桁架相同。2bi 4sina

5、其中：v Mo表示截面以上所有水平力Pb、Pd及塔头塔身风压q对O点之矩。G表示截面以上全部垂直荷载设计值之和。此法所求内力为近似值。斜材内力为：N4di其中一根斜材受拉力，另一根斜材受压力 Mo代表截面以上所有外力力矩设计值之和。4、K型腹杆桁架。主材和斜材内力计算图 如右图：（1 ）、以截面以上部分为 隔离体，以斜材和水平材的 交点为力矩点，建立平衡方 程式，计算主材内力；（2 ）、以两根主材延长线 的交点为力矩点，并假定两根斜 K型腹杆主材和斜材桁架计算简图材的内力大小相等，方向相反，建立力矩平衡方程式计算斜材内力主材内力计算：方法一：比=亘也-旦色，方法同双腹杆桁架计算方法。2bi 4

6、sin。华北电力大学计算报告方法二：以oi为取矩点、Moi =0 :、M oi - Nui *bi Nui * bi = 0 y =0 : g Nui * si n fi Nui *s in ；：i =0联立方程并求解得：送 M oiNui-Nuibi得到:Nui Nui二 Gsin ；:iNuiMoG2bi 2si niNui心G2bi 2sinE斜材内力计算:Ns-】：。，Mo代表截面以上所有外力力矩设计值之和，所有外力为塔整体受到的外力。2=三严，瓦Mo代表截面以上所有外力力矩设计值之和，所2d,有外力为单片塔受到的外力。其每个外 力的值为整体塔上对应外力值的 丄。25、导线横担内力计算

7、。（1）、尖横担计算简图如右图：在断线张力Td和垂直荷载Gd作用下要承受弯矩尖横担计算简图华北电力大学计算报告下平面角钢主材受力：Ni_（ gJE）上平面角钢主材受力:N_（。律（5）Ai式中Td 断线张力标准值；Gd 断导线后垂直荷载标准值； 叫一下平面受力分配系数；11、 Ai下平面角钢的长度及其截面积；12、 A2 上平面角钢的长度及其截面积；1.1 受力不均匀系数； Kc 断线张力冲击系数。（2）、鸭嘴横担计算简图如右图： 由于挂线点偏心，在断线张力作用下横担产生的扭矩可由前后两垂直面承受，垂直面端点的反力为：TZ二D 鸭嘴横担计算简图b主材受力为：下平面角钢主材受力：弘0严“ WiK

8、WTdH）2h b bh华北电力大学计算报告上平面角钢主材受力：2=%(竺丄+(1-叩 即孙几+空业)2h b bh二、计算结果。1、计算25m/s风速和10m/s风速下塔身风荷载设计值。(1)、计算25m/s风速下的塔身风荷载设计值。塔头风荷载：电压等级为220kV,高度为26.2m，粗糙程度为B类，查表2-5 得风压随高度变化系数 = 1.36查表2-14得风荷载调整系数z = 1.16由型钢杆件组成的塔架讥=3(1 )，填充系数Af A，塔头取=1.2* 0.3 =0.36，塔头 b/h=(1.52+0.86)/2)/8=0.149,查表 2-12 得 =0.56，构件体形系数 ,1.3

9、(1 )=1.3*( 1+0.56)=2.028投影面积AfAf -h(b1 b2)2=0.36*8* (0.86+1.52)/2)=3.43 m2塔头风压q= yW0Af/h=(1.36*1.16*2.028*(25*25/1.6)*3.43)/8=536N/m设计值为：q= * Q*q=1*1.4*536=750N/m塔身风荷载：电压等级为220kV,高度为18.2m，粗糙程度为B类，查表2-5 得风压随高度变化系数 4 = 1.21查表2-14得风荷载调整系数z = 1.0由型钢杆件组成的塔架讥=3()，填充系数Af A，塔身取=1.2*0.3=0.36，塔身 b/h=(1.52+3.0

10、35)/2)/18.2=0.127, 查表 2-12 得 =0.56,构件体形系数 讥=1.3(1 )=1.3*( 1+0.56)=2.028投影面积AfAr卅&2=0.36*18.2* (3.035+1.52)/2)=14.92 m2塔身风压qfWA/h=(1.21*1.0*2.028*(25*25/1.6)*14.92)/18.2=786N/m设计值为：q= * Q*q=1*1.4*786=1100N/m(2)、计算10m/s风速下的塔身风荷载设计值。方法同(1)，计算结果如下：覆冰工况：塔头风压设计值：qi* Q*q=1.0*1.4*86=120N/m塔身风压设计值：q=* Q*q=1.

11、0*1.4*126=176N/m安装工况：塔头风压设计值：qi* Q*q=0.9*1.4*86=108N/m塔身风压设计值：q=t* Q*q=0.9*1.4*126=158N/m2、取塔腿进行内力计算，主材编号 1、2，斜材编号3、4。工况荷载图见前图。杆塔内力计算结构尺寸简图如下：:二 arcs in (18.2 18.22 0.762)-arcs in (2.8 . 2.82 1.522) = 26.1-二 arcsin(2.8 2.82 1.522) = 61.50= d.522 2.82 *sin(26.10) =1.4md1 =36.6* si n(26.10)=16.1m杆塔内力计

12、算结构尺寸简图(1)、Excel计算结果：(单位：kN)编号工况大风工况覆冰工况断上导线断下导线Nu1113.9619.06-9.63-9.63Nu2-147.19-60.73-23.6-23.6Ns313.992.19-0.61-0.61Ns4-13.99-2.190.610.61编号工况断地线安装情况1安装情况IINu1-9.6330.265.41Nu2-23.6-67-22.28Ns3-0.61-0.641.13Ns40.610.64-1.13特别说明：由于计算断线工况时，是在没有计算断线张力作用下 求得的主材和斜材的内力，与实际情况不同，所以本例中所有断线工 况的结果一样，而实际情况则

13、不同。各个工况下主材和斜材的内力统计对比柱形图如下:主材受力图各类工况各个工况下主材受力图斜材受力图各个工况下斜材受力图lnNs3 I(2)、MatTower V1.0计算结果:(大风工况)主材和斜材 内力Nu1Nu2Ns3Ns4F（ kN）124.52-199.2319.11-20.08计算结果表大风工况下主材和斜材的内力统计对比柱形图如下:主材和斜材内力统计图主、斜材(3 )、大风工况下解析法和有限元分析方法的结果对比:150100-150-200Nu1Nu21 1 1Ns3 Ns4NUI对比图主、斜材1_1解析法【丨有限元分析法四、角钢的选取和校验。1、按受压稳定性选择主材的角钢型号。(

14、1)、根据上表计算的数据，按最大轴向力进行设计。由表得主材2受压，轴向压力最大值为147.19kN,记为Nu2=147.19kN.首先选取角钢型号为L125X12等边角钢，钢的型号为 Q235,L=3m.轴向压力为147.19kN,按最小轴布置，计算长度取(2 )、压杆稳定性条件:-NmN AN-轴心压力设计值，N ；A-构件截面毛截面积，mm2;-轴心受压构件稳定系数;f -钢材抗压强度设计值，N mm2 ；mN -压杆稳定强度折减系数。角钢构件：根据翼缘板自由外伸宽度b与厚度t之经计算确定:当 f(f)lim=：202 时，取 mN =1.0 ；mN =1.677-0.677btf )li

15、m(3)、强度折减系数：查型钢表：角钢 L125X12 的 b=125mm,t=12mm华北电力大学计算报告Q235的强度设计值为215MPab = 125 =10.42t 12202 _ 202 J = 215= 13.8所以 mN =1.0。(4)、稳定性折减系数：查型钢表：角钢L125X12的最小轴回转半径为:r=2.46cm计算长度为L=3m。长细比 K 二KL/r=1.0*3000/24.6=121.95Q235钢b类截面，查表L-2得 =0.426。(5)、稳定性条件：查型钢表：角钢L125X12的A=28.91 cm2。N ( A) =147190 (0.426*2891) =1

16、19.5MPa1.0*215MPa所以该主材满足稳定性要求。为了满足经济性要求，选取较小型号的角钢重复上述过程，直到选到合适。2、按受压稳定性选择斜材的角钢型号。(1)、根据上表计算的数据，按最大轴向力进行设计。由表得斜材4受压，轴向压力最大值为 13.99kN，记为Ns4=13.99kN.首先选取角钢型号为L63X8等边角钢，钢的型号为 Q235，轴向压力为13.99kN,根据塔腿结构及斜材布置，由表 K-2得：计算长度取L=1m.华北电力大学计算报告(2 )、压杆稳定性条件:一 NmAN-轴心压力设计值，NA-构件截面毛截面积,mm2 ；、轴心受压构件稳定系数;f -钢材抗压强度设计值，N

17、 mm2 ；mN -压杆稳定强度折减系数。角钢构件：根据翼缘板自由外伸宽度b与厚度t之经计算确定:lim 二竺时，取 mN =1.0 ；b t，: ；(himf计算长度为L=1m。华北电力大学计算报告=100/1.23=81.3120由附录J中的表J-1得长细比修正系数K为:K=0.75+30/ =0.75+30/81.3=1.12 长细比 K =KL/r=1.12*81.3=91Q235钢b类截面，查表L-2得 =0.614。(5)、稳定性条件:查型钢表：角钢L63X8的A=9.52 cm2。N ( A) =13990 (0.614* 952)=23.93MPa matlab与Exsel计算

18、结果基本吻合，可采用MatTower V1.0对铁塔内力进行分析，更方便直观。八、参考文献。1陈祥和，输电杆塔及基础设计中国电力出版社2陈丽丹，杆塔设计-自立式铁塔内力分析与计算ppt中国南方电 网3.110500kv架空送电线路设计技术规程DL T5092-1999.202 b 363当 时，mN =1.677-0.677,f t . f(3)、强度折减系数:查型钢表：角钢L63X8的b=63mm,t=8mm。Q235的强度设计值为215MPa 。b=63 =7.875 202 二 202 =13.8 t 8 , f .215所以 mN =1.0。(4)、稳定性折减系数:查型钢表：角钢L63X8的回转半径为：r=1.23cm