工程力学论文

石家石家庄铁道学院毕业论文单斜塔斜拉桥单斜塔斜拉桥主塔提升受力分析AAnalysisofMainTowerofCable-stayedBridgewithSingleSkewTowerduring届系工程力学专业工程力学摘要本文以天津市泰达天桥——单斜塔斜拉桥为背景，研究单斜塔斜拉桥主塔提升的受力情况。整个课题的研究过程采用了有限元的分析方法，利用工程分析软件ANSYS进行建模求解。首先根据设计图纸建立该桥完整的初始空间有限元模型，并根据设计内容的要求施加自重和相应的风荷载，然后求解并对提升系统在提升到不同角度时的反力、位移和应力等进行理论分析以确保主塔提升过程的平安可靠。根据受力情况塔架采用了Link8和Beam4两种单元，主塔采用了Shell63单元，索采用了Link10单元。计算结果说明单元的选取都是合理的；应力的最值出现在提升索和主塔的连接处，存在应力集中的现象，在排除了局部应力集中的情况下，整个提升过程平安可靠，因此，在施工过程中对局部应力集中处采取有效的加固措施显得至关重要；结果分析显示提升索力的变化是非线性的，提升起始阶段的索力较大，随后索力不断减小，接近提升终止时，提升索力又变大。提升索的最大索力为2150kN，出现在提升的终止阶段；变形最大的点一般出现在吊梁的中点附近，但并未超出允许值。关键词：单斜塔斜拉桥有限元分析提升过程

AbstractTianjinTaidaflyover,asingleskewtowercable-stayedbridgeisusedasthebackgroundinthispaper.Thestressofthemaintowerofcable-stayedbridgewithsingleskewtowerduringitshoistingprocessisresearchedhere.ThewholedesignprocessusesthefiniteelementmethodandusesANSYS,anengineeringanalysissoftware,tomodeandsolve.Theinitialspacefiniteelementmodelofthebridgeisestablishedfirstly,accordingtoitsdrawings.Atthesametime,thedeadweightofthebridgeandthecorrespondingwindloadsarealsoimposedonthebridgeaccordingtothedesignrequirements.Thenreactionforce,displacementandstressareanalyzedwhenthesystemisenhancedtodifferentanglesinordertoensurethesafetyandreliabilityofthemaintowerduringitswholehoistingprocess.Thetowerframeusestwoelements,Link8andBeam4,accordingtotheforceconditions.ThemaintowerusestheShell63elementandthecablesusetheLink10element.Theresultsprovethattheselectionsoftheseelementsarereasonable.Thebiggestvalueofthestressisattheconnectionofthemaintowerandthelifting-cable,whereexiststhephenomenonofstressconcentration.Thehoistingprocessissafeandreliablewhenthelocalstressconcentrationis

eliminated.Soitisveryimportanttostrengthenthepositionsofthelocalstressconcentrationduringtheconstructionprocess.Thechangeofthelifting-cabletensionisnonlinearshowedbytheresults.Thevalueislargeratthebeginningoftheliftingprocessanditdecreasesduringtheprocess.Thevalueofthelifting-cabletensionturnslargeragainwhenthewholeprocessisclosetotheend.Thebiggestvalueis2150kNandithappensattheendoftheprocess.Thepointwhichhappensthegreatestdeformationisalwaysatthemidpointofthehangingbeamanditdoesnotexceedtheallowablevalue.Keywords:SingleSkewTowerCable-StayedBridgeFiniteElementAnalysisHoistingProcess

目录第1章绪论 11.1课题研究的目的意义 11.2国内外研究现状 11.2.1斜拉桥的开展现状 11.2.2转体施工的研究现状 21.3论文研究内容简介 21.4论文主要研究内容和研究方法 31.5论文研究方法及创新点 3第2章提升塔架的力学研究 52.1提升塔架结构计算书 52.1.1提升塔架结构简介 52.1.2提升塔架根底结构受力分析 52.1.3提升塔架根底强度计算 52.2管撑的构造力学计算 62.3分配梁L1、L2的力学构造计算 72.4吊梁的结构力学计算 7第3章有限元模型的建立 93.1有限元分析过程简介 93.1.1有限元系统根本构成 93.1.2ANSYS有限元分析过程 93.2实体建模的建立 103.2.1前言 103.2.2建立实体模型 113.3材料设置与网格划分 133.3.1前言 133.3.2ElementType确定单元类型 133.3.3几何模型网格划分 153.4总结 17第4章加载与求解 184.1简介 184.1.1荷载定义及分类 184.1.2实体模型载荷与有限元模型载荷的优缺点 194.1.3可能出现的问题 204.2提升塔架的风荷载计算标准 204.2.1风荷载 204.2.2风荷载的计算 204.2.3计算风压q 214.2.4风压高度变化系数Kh 214.2.5风力系数C 224.2.6迎风面积A 224.3起重塔架的风荷载计算过程 244.3.11-20m的风荷载计算 244.3.220-40m的风荷载计算 254.4单斜塔的风荷载计算标准 254.4.1风荷载标准值及根本风压 254.4.2风压高度变化系数 264.4.3风荷载体型系数 264.4.4风振系数 274.5单斜塔风荷载的计算过程 274.6附录 294.7总结 29第5章结果数据的分析 305.1后处理器简介 305.2结果的图形和列表显示 305.2.1提升角度为9° 305.2.2提升角度为20° 365.2.3提升角度为30° 425.2.4提升角度为40° 465.2.5提升角度为46° 515.3结果分析 555.4结论 56第6章结果数据的列表显示 576.1反力列表 576.2最大位移列表 576.3提升索和平衡索的轴力和轴向应力列表 586.4最大应力列表 586.5结论 58第7章 结论与展望 607.1结论 607.2展望 61参考文献 62致谢 63附录 64第1章绪论1.1课题研究的目的意义课题以天津市泰达天桥为研究对象，在了解斜拉桥根本知识和熟悉桥规、钢结构标准、起重机标准的根底上，进行提升塔架的构造设计，并采用有限元软件进行主塔钢结构提升塔架模型建立与计算，验算起重塔架的强度、刚度和稳定性；对提升整体系统及主塔进行强度与刚度校核，在对提升塔架进行受力分析时考虑自重(恒载)和风荷载，确保主塔提升过程平安可靠，并提出解决工程实际的建议，对即将来临的工作有积极的指导意义。1.2国内外研究现状斜拉桥的开展现状斜拉桥是一种桥面体系受压，支承体系受拉的桥梁，由主梁(桥面体系)、斜拉索(支承体系)和主塔三局部组成。斜拉索相当于在桥跨内增加了假设干弹性支点，大大减小了桥的弯矩，增大了桥梁的跨越能力；斜拉桥的结构行为表现为复杂的超静定结构和柔性的空间受力特性。斜拉桥突出的直线感和柔细感，能显示出过去桥梁所没有的近代造型，现代斜拉桥具有造型美观、充分利用和发挥结构材料性能、结构刚度优于悬索桥和其他类型桥梁、有效和快速的施工、造价低、结构受力合理等突出特点，因此虽然它的开展较晚，但是开展十分迅速。斜拉桥在世界范围内应用从20世纪70年代开始，90年代迅速开展，其跨径已经进入以前悬索桥使用的特大跨径范围。由于当时缺乏高强度材料，拉索易松弛，对复杂的超静定结构缺乏计算手段等原因，建成不久因整个体系松弛，造成很大的变形和破坏，因此斜拉桥长期未能得到开展。结构分析的进步、高强材料和施工方法以及防腐技术的开展对于大跨径斜拉桥的开展起到了关键性的作用。1956年，瑞士Stromsund桥开始了现代斜拉桥的先端，至今全世界约建成400余座，而我国已有斜拉桥190余座，约为全世界总数的1/3。斜拉桥在我国的开展始于1975年四川省云阳县跨径76m的钢筋混凝土斜拉桥[1]。我国斜拉桥取得的成就是巨大的，首先我国已成为世界上修建斜拉桥最多的国家，斜拉桥遍布全国；其次我国大跨径斜拉桥居于世界前列；我国斜拉桥以混凝土梁为主，这个开展方向是正确的；在结构方面，我国开发了一些新的斜拉结构桥型。我国已通车的苏通长江公路斜拉桥主跨跨度为1088m，是世界第一大跨径双塔双索面斜拉桥，比目前世界上最大跨径的日本多多罗大桥还长200m转体施工的研究现状桥梁转体施工，这一种施工方法是利用桥梁结构本身及结构用钢做施工设施，利用摩擦系数很小的滑道及合理的转盘结构，以简单的设备，将两岸利用地形和简单支架预制拼装的庞大桥梁结构，整体旋转安装到位。因其具有节约施工用材，减少施工设备，施工快速平安，且不影响通航、不中断通车的特点，转体施工从其诞生的那一天起就成为桥梁工程师有兴趣探索的问题。从1977年建成第一座转体施工的遂宁建设桥至今，全国采用转体施工方法已建成100余座桥梁。转体施工已由最初在山区开展到了平原；转体重量由千吨上升到万吨级；转体施工工艺由平衡转体施工开展到无平衡重转体施工、竖转施工、竖转加平转施工；其桥梁包括了箱形拱、双曲拱、桁架拱、刚架拱、斜腿刚构、斜拉桥、T形刚构、板拉桥、连续梁及中承式拱等，取得了较好的技术经济效益。世界上第一座跨度超过400m的钢斜拉桥Saint-NazaireBridge，位于法国的圣·纳泽尔市，是采用竖转工艺施工的斜拉桥[3]。西安市灞河2号特大桥我国第一座采用竖转工艺施工的斜拉桥。该桥位于西安市浐灞生态园入口处，横跨灞河，为扁平流线型混合式钢箱斜拉桥，全长485m，主桥局部全长240m，最大跨径是145m的钢箱梁，为双索面拱形单斜塔斜拉桥，半漂浮体系。主塔为拱门式钢结构主塔，高78m，倾角75°，钢塔自重约1415.68吨，外形为箱形变截面椭圆形结构，最大截面为5820mm×2500mm×40mm×40mm，最小截面为3000mm×2500mm×1.3论文研究内容简介泰达天桥跨度为92.5m，桥面为全宽6.5m，桥面净宽4m。天桥主体为钢结构单斜塔密索斜拉人行天桥，由斜塔、主受力后备索、左右平衡索和桥面空间斜拉索组成空间受力体系，塔与梁体结构别离。斜塔顶部至地面垂直高度34.7m，整体重量381.47吨。后背拉索共8根，左右平衡索各5根，桥面空间斜拉索共34根。主塔倾斜段斜长53.63m，与地面夹角45.921度，主塔为矩形变截面钢塔，截面尺寸自根部4m×2.5m变化到顶部3m×2.5m；水平段总长为14.23m，截面尺寸自根部3.5m×2.5m变化到顶部1.5m×2.5m[4]。全塔分成六段，首先将第一段现场安装就位，然后把第二段至第六段在现场拼装成整体，作为提升段，并在第一段和提升段之间设置铰座和铰轴，利用提升架上的300提升塔主体采用直径630的钢管，钢管板厚16mm，利用法兰盘进行连接，形成独立的管撑立柱，提升架每侧由三个管撑立柱形成等边三角形，利用75mm×75mm×6mm的角钢形成剪刀撑对立柱进行连接，间距2.5m设置一道剪刀撑。在管撑立柱顶面上设置分配梁L1和联系梁L3，分配梁L1由四块20mm厚的Q235B的板材拼装成断面500mm×400mm的箱梁结构，联系梁L3由两根型号I50a拼成，两根L1联系梁和一根联系梁L3拼装成三角形式，加设在管撑立柱顶面。为了保证受力点的结构，在分配梁L1与L2接触处设置三道加劲板，加劲板采用厚度16mm的Q235B板材。为了合理分配支撑力，在分配梁L1设置二次分配梁L2，分配梁L2由四块20mm厚Q235B板材拼装成断面500mm×400mm的箱梁结构，L1和L2接触处加一道厚度16mm的加劲板，在L2与吊梁接触处设置一道厚度16mm的加劲板。吊梁采用两块30mm厚和两块1.4论文主要研究内容和研究方法课题以天津泰达天桥为研究对象，根据工程实际情况，建立由主塔、起重塔架和提升索、平衡索在内的整体系统，对提升塔架进行模拟分析，并熟悉主塔所用钢结构的构造；课题采用有限元的分析方法，对提升塔架进行构造设计；根据相关的起重机设计标准和建筑结构荷载标准确定结构验算荷载，然后对提升塔架进行建模与网格划分；利用ANSYS工程分析软件对主塔提升到不同角度时的应力进行分析，验算起重塔架的强度、刚度和稳定性，验算提升索和平衡索的受力情况，确保主塔提升过程平安可靠；并对计算结果进行理论分析，形成结论，提出解决工程实际问题的建议。1.5论文研究方法及创新点整个分析过程中主要运用了有限元的分析方法，借助工程软件ANSYS进行相关的力学分析和计算。泰达天桥独特的单斜塔设计，不仅具备现代斜拉桥造型美观、充分发挥结构材料性能、结构刚度大、有效和快速的施工、造价低、结构受力合理等突出优点，它独特的单斜塔更是一座城市一道亮丽的风景线，是值得现代斜拉桥借鉴的。主塔在提升过程中采用的转体施工方案，在一定程度上弥补了斜拉桥施工在这方面的欠缺，为以后的施工提供了可靠的参考资料。

第2章提升塔架的力学研究2.1提升塔架结构计算书提升塔架结构简介提升塔架根底：提升塔架根底采用水泥搅拌桩，桩径为50cm，桩长13.2m，有效桩长13m，在桩顶上设置20cm的土石屑垫层，垫层上施做10m×50提升塔架主体结构：提升塔架主体采用直径630mm厚度16mm的卷制钢管，5m一节，每节两端设置法兰盘进行连接，每侧设置三个40提升塔架与提升索的连接结构：在吊梁顶部设置两个300T的连续千斤顶，钢铰线从吊梁下穿出。提升塔架与平衡索的连接结构：在提升塔架吊梁的背部设置一个吊耳，钢铰线通过P锚进行锚固，并在P锚两侧设置两块钢板，在钢板预留15.2cm的预留孔，采用15cm的圆柱型销子，把吊耳与钢板销接。提升塔架根底结构受力分析提升塔架由于水平力利用平衡索平衡后，根本不考虑受力，根底为轴心受压构件。主要承受平衡索和提升索的竖直合力以及塔架自重产生的竖向荷载。提升塔架根底强度计算根底承压荷载计算：塔架重量G计算：(按40m高度计算)(1)钢管重：(2)支撑及分配梁自重：①L1的自重：②L2的自重：③吊梁的自重：塔架承受分配梁传来荷载：N=2163kN(详见塔架受力分析及计算)钢筋混凝土承台的自重：承台根底外表尺寸为10m×5m，厚度为80cm，受力面积为A=10×根底每平米承受荷载：Rp=(1000+2163+290.5×2+101.42)/50=76.91kN/m22.2管撑的构造力学计算(1)相对重心的惯性矩I：(2)截面积A计算：(3)截面回转半径i计算：(4)长细比λ计算：(42m，取。(5)稳定系数ψ计算：，(Q235-B，b类)，查表：(6)稳定性验算：满足稳定性要求。2.3分配梁L1、L2的力学构造计算分配梁L2(500mm×400mm×20mm×抗弯强度验算：(1)分配梁跨中受力为支座反力：V1=1615/2=807.5kN(2)L2跨中弯矩计算：L2的跨度为1.334M=1615×1.334/4=538.6kN·m(3)截面抵抗矩：I=(400×5003-380×4603)/12＝0.10844×1010W=I/y=0.10844×106/250=4.34×106(4)最大拉应力计算：=538.6×106/4.34×106=124.1N/mm2<205N/mm2稳定性验算：由于箱形截面的h/b0＝500/400<6，且L/b0=180/40<95(Q235-B)，故不必算；抗剪强度验算：最大剪力发生在支座处V1=1615/2=807.5kN面积矩S=500×20×240+230×100×115×2=7690000mm3τ＝Q*S/Ib=(1.3×807.5×103×7690000)/(0.10844×1010×20)＝37.95N/mm2<115N/mm2，抗剪强度满足；由于L1的断面与L2的相同，受力小于L2的情况，所以满足各项要求。2.4吊梁的结构力学计算吊梁(1300mm×900mm×30mm×20mm抗弯强度验算：(1)截面惯性矩：I=(900×13003-860×12403)/12=2.81336×1010(2)截面抵抗矩：W=2.81336×1010/650=4.32822×107(3)最大拉应力计算：σ=M/W=3835.25×103×6155/(4×4.32822×107)=136.35N/mm2<205N/mm2所以抗弯强度满足。稳定性：由于箱形截面的h/b0＝1300/900<6，且L/b0=700/900<95(Q235-B)，故不必算。抗剪强度计算：最大剪力发生在支座处：Q=V=1615KN面积矩S=900×30×635+1240×20×620×2=47897000mm3τ＝Q*S/Ib=(1177.214×103×47897000)/(2.81336×1010×40)＝68.73N/mm2<120N/mm2，抗剪强度满足。

第3章有限元模型的建立3.1有限元分析过程简介有限元法是将所探讨的工程系统转化成一个有限元系统，该有限元系统由节点及单元所组合而成，以取代原有的工程系统，有限元系统可以转化成一个数学模式，并根据该数学模式，进而得到该有限元系统的解答，并通过节点、单元表现出来。完整有限元模型除了节点、单元外，还包含工程系统本身所具有的边界条件，包含约束条件、外力的负载等[5]。有限元系统根本构成(1)节点就是所考虑工程系统中的一个点坐标位置，构成有限元系统的最根本对象。具有其物理意义的自由度，该自由度为结构系统受到外力后，系统的反响。自由度可为位移、温度、电压等，依不同类型问题而定，节点上为施加集中力所在，例如力、力矩、热流、温度等。(2)单元单元是节点与节点所连接而成，单元的组合由各节点相互连接，并构成结构数学模式的刚度矩阵。不同特性的工程系统，可选用不同种类的单元，ANSYS提供一百多种单元，故在使用时必须慎重选择单元型号，并了解单元特性，方能运用自如。(3)自由度节点一定具有某种程度的自由度，以表示该工程系统受到外力后的反响结果，任何单元在数学模式转换时依其自由度而定，每种单元的节点在单元表中皆有详细说明。有限元系统的建立，是利用节点与节点组成单元相接而成，其几何外型与工程系统相同，故连接两单元的节点必为共同的节点，分别属于各单元具有相同自由度的反响，单元与单元连接的边，必为共同的边。ANSYS有限元分析过程ANSYS有限元分析过程主要包括三个步骤：创立有限元模型——前处理：(1)创立或输入几何模型；(2)定义材料属性；(3)定义实常数(要根据单元的几何特性来设置，有些单元没有实常数)；(4)定义单元类型；(5)划分单元。施加载荷并求解——求解：(1)施加约束条件；(2)施加荷载；(3)求解。查看分析结果——后处理：(1)查看分析结果；(2)检验结果的正确性[6]。3.2实体建模的建立前言实体建模既可以在ANSYS软件中创立，也可以从CAD软件中画好之后导入进ANSYS。直接输入几何实体可以提高建模的速度，但有些情况下实体模型必须在ANSYS软件中建立。另外，一个只有面及面以下层次组成的实体，如壳或二维平面模型，在ANSYS软件中仍称为实体。实体的层次从低到高：关键点→线→面→体。关键点是实体的根底，线由点生成，面由线生成，体由面生成。这个层次的顺序与模型怎样建立无关。ANSYS不允许直接删除或修改与高层次相连接的低层次实体，即如果高一级的实体存在，那么低一级的与之依附的实体不能删除。建立实体模型可以通过三个途径：(1)由下往上法由建立最低单元点逐步至建立最高单元的体积，即建立点，再由点连接建立线段，然后由线段组合建立面积，最后由面积组合建立体积。(2)由上往下法由上而下法为直接建立较高单元对象，其所相对应较低单元对象一起产生，对象单元上下顺序依次为体积、面积、线段及点[7]。(3)混合以上两种方法严格来讲，建立有限元模型的方法没有一定的定那么，只是依据个人的经验，但最重要的是考虑想要获得什么样的有限元模型，即进行自动网格划分时，要产生自由网格或对应网格。自由网格划分时，实体模型的建立比拟简单，只要所有面积或体积能结合成一体即可。对应网格划分时，平面结构一定要四边形或三边形面积相接而成，立体结构一定要六面体相接而成。建立实体模型整个提升系统由主塔、提升塔架、提升索和平衡索组成。天桥主塔为钢结构单斜塔，主塔为矩形变截面钢塔，主塔倾斜段斜长53.63m，截面尺寸自根部4m×2.5m变化到顶部3m×2.5m；水平段总长为14.23m，截面尺寸自根部3.5m×2.5m变化到顶部1.5m×2.5m。提升塔架主体采用直径630mm的钢管，钢管板厚16mm，形成独立的管撑立柱，提升架每侧由三个管撑立柱形成等边三角形，利用75mm×75由于具体建模的过程较繁琐，操作简单，因此在下面只展示了模型。图3-1主塔模型上图为主塔的几何实体模型，该模型总共270个面元素组成，内部加横隔板，图3-1主塔模型图3-2提升塔架模型图3-2提升塔架模型上图为提升塔架的几何实体模型。塔架顶部有分配梁、联系梁和吊梁。塔架总高为40m。图3-3整体模型图3-3整体模型上图为整个提升系统在拼装完成后的初始位置的几何实体模型，主塔与地面的夹角为9°。

3.3材料设置与网格划分前言实体模型建立之后，对其进行网格划分，从而建立有限元模型。对实体模型进行网格划分过程包括三个步骤：(1)定义单元属性单元属性包括单元类型(elementtype)、定义实常数(realconstants)、定义材料特性(materialprops)。(2)定义网格生成控制(即设定网格建立所需的参数)主要用于定义对象边界(即线段)元素的大小与数目。这一步非常重要，它将直接影响分析时的正确性和经济性。一般来说，网格越细得到的结果越好，但网格太细会占用大量的分析时间，造成资源浪费，同时太细的网格在复杂的结构中，常会造成划分不同网格时的连接困难，这一点需要特别注意。(3)生成网格完成以上两个步骤就可以进行网格划分，产生网格，建立有限元模型。如果不满意网格划分的结果，可以去除已经生成的网格，并重新进行以上两个步骤，直到满意为止。ElementType确定单元类型确定单元类型是很重要的。在结构静力分析中要用到的典型单元类型有：线单元、壳单元、实体单元(包括2D和3D单元)等。从单元类别上讲，ANSYS提供了许多不同类别的单元。经常采用的单元有：线单元：(1)梁单元：用于螺栓，薄壁管件，C型截面构件，角钢或细长薄膜构件等模型。(2)杆单元：用于弹簧，螺杆，预应力螺杆和薄膜桁架等模型。(3)弹簧单元：用于弹簧、螺杆，或细长构件，或通过刚度等效替代复杂结构等模型。壳单元：(1)壳单元用于薄板或曲面模型。(2)壳单元分析应用的根本原那么是每块面板的主尺寸不低于其厚度的十倍。二维实体单元：二维实体单元必须在全局直角坐标x-y平面内建立模型，用于模拟实体的截面，所有的荷载均作用在x-y平面内，并且其响应(位移)也在x-y平面内。单元的特性为：(1)平面应力：平面应力假定沿z方向的应力等于零(当z方向上的尺寸远远小于x和y方向上的尺寸才有效，沿z方向的应变不等于零，沿z方向允许选择厚度)，平面应力分析是用来分析诸如承受面内载荷的平板，承受压力或离心荷载的薄盘等结构。(2)平面应变：平面应变假定沿z方向的应变等于零(当z方向上的尺寸远远大于x和y方向上的尺寸才有效，沿z方向的应力不等于零)，平面应变分析适用于分析等截面细长结构诸如结构梁。(3)轴对称：轴对称假定三维实体模型及其载荷是由二维横截面绕y轴旋转360度形成的(对称轴必须和整体y轴重合，不允许有负的x坐标。y方向是轴向，x方向是径向，z方向是周向。周向位移是零，周向应力和应变十清楚显)。轴对称分析用于压力容器，直管道，杆等结构。(4)谐单元：谐单元是一种特殊情形的轴对称，因为载荷不是轴对称的。(将轴对称结构承受的非对称载荷分解成傅立叶级数，傅立叶级数的每一局部独立进行求解，然后再合并到一起。这种简化处理本身不具有任何近似)。谐单元分析用于非对称的载荷结构，如承受力矩的杆件。三维实体单元：(1)用于那些由于几何形状、材料、载荷或分析要求考虑细节等原因造成无法采用更简单单元进行建模的结构。(2)用于从三维CAD系统转化过来的几何模型，把它转化为二维或壳体需要花费大量的时间和精力。单元包含有阶数。单元的阶数是指单元形函数的多项式阶数。形函数总是根据给定的单元特性开设定的。每一个单元形函数反映单元真实特性的程度，直接影响求解精度。线性单元(一次单元)：(1)线性单元内的位移按线性变化，故在大多数情况下，单个单元上的应力是不变的。(2)线性单元对单元扭曲变形很敏感。(3)为了保证求解精度，在应力梯度较大的地方应该划分大量的单元。二次单元：(1)二次单元内的位移是二次变化的，故单个单元上的应力状态是线性变化的。(2)二次单元在描述曲线边界或曲面时，要比线性单元更精确，而对单元扭曲变形不敏感。(3)通常情况，它与线性单元相比，采用的单元个数和自由度个数较少，而得到的结果精度较高。要得到高精度的应力，可采用二次单元。P-单元：P-单元内的位移是从二阶到八阶变化的，而且具有求解收敛自动控制的功能。根据各个构件的受力情况，确定单元类型如下：提升索和平衡索采用Link10单元；主塔各个面及横隔板采用Shell63单元；提升塔架根据受力的不同采用了Link8和Beam4两种单元。几何模型网格划分当单元属性及网格所需的参数定义后，便可以对实体模型进行网格化。线元素由线段网格产生，平面元素由面积网格产生，立体元素由体积网格产生。网格可分为自由网格和映射网格。在对模型进行网格划分之前，要确定采用自由网格还是映射网格进行分析，这是非常重要的。自由网格对实体模型无特殊要求，对任何几何模型，规那么的或是不规那么的，都可以进行网格划分，并且没有特定的准那么。所用单元形状取决于对面还是对体进行网格划分，自由面网格可以只由四边形单元组成，也可以只由三角形单元组成，或由两者混合组成；自由体网格一般限定为四面体单元。映射网格划分要求面或体是有规那么的形状，而且必须遵循一定的准那么。与自由网格相比，映射面网格只包含四边形或三角形单元；而映射体网格只包含六面体单元。映射网格具有规那么形状，单元成排规那么排列。对平面2-D结构而言，假设为四边形结构，那么用映射网格划分时，其对应边的线段分割数目一定相等，而用自由网格划分时，其对应边的线段分割数目不一定相等。假设为三角形结构，那么用映射网格划分时，其三边线段分割数目一定相等且为偶数，而且自由网格划分是，其对应边线段分割数目一定不相等。对3-D结构而言，映射网格划分时，其对应边的线段分割数目一定相等，而自由网格划分时那么不一定。在网格的划分过程中，由于提升索、平衡索、钢管支撑以及连接钢管的角钢均定义为Link单元，因此根据其受力一个线元素为一个线单元；吊梁、联系梁和分配梁采用了Beam单元，在划分单元时，每0.25m长度划分为一个单元；主塔由270个面组成，定义为壳单元Shell63，在划分网格时用了自由网格划分的方法。已建立好的实体模型由面元素和线元素、点元素组成，对实体模型进行网格划分的结果如下：图3-4有限元模型示意图图3-4有限元模型示意图上图为主塔网格划分的细部图，采用了自由网格划分的方法。图3-5有限元模型图3-5有限元模型上图为整个提升系统的有限元模型。共包含25859个单元。

3.4总结整个有限元模型，总共包含了25859个单元。在建立有限元模型时，需要注意的几个问题如下：(1)定义为Link8和Link10的塔架以及提升索和平衡索，一个线元素为一个线单元；(2)各种参考号的对应，即材料、实常数、截面形状等在划分单元时必须同为一个单元的；(3)保证连接两单元的节点必为共同的节点，分别属于各单元具有相同自由度的反响，面单元与面单元连接的边，必为共同的边。

第4章加载与求解4.1简介在建立有限元模型之后，就可以根据结构在工程实际中的应用情况为其指定位移边界条件和载荷，并选择适宜的求解器对其求解得到需要的结果。加载和求解过程是ANSYS有限元分析中一个非常重要的局部，它主要包括确定分析类型和分析选项、施加荷载到几何模型、确定荷载步选项、选择求解的方式和开始求解分析运算。在ANSYS软件中，可以进行以下类型的分析：静态分析、瞬态分析、谐分析、模态分析、谱分析、屈曲分析和子结构分析等。有限元分析的主要目的是检查结构或构件对一定荷载条件的响应。因此，在分析中指定适宜的荷载条件是关键的一步。可以用各种方式对模型加载，而且可以借助于荷载步选项，控制在求解中荷载如何使用。荷载定义及分类在ANSYS中，“loads〞包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的学科中，荷载的定义有：结构分析：位移、力、压力、温度(热应变)、重力。热分析：温度、热流率、对流、内部热生成、无限远面。磁场分析：磁势、磁流通、磁电流段、源流密度、无限远面。电场分析：电势(电压)、电流、电荷、电荷密度、无限远面。流体分析：速度、压力。在ANSYS中，荷载主要分为六大类：DOF约束(自由度约束)、力、外表荷载、体荷载、惯性力及耦合场荷载。它们的含义为：DOF约束：用户指定某个自由度为值。在结构分析中约束是位移，热分析中约束是温度和热流量等。力：作用在几何模型上的集中荷载。如结构分析中的集中力和力矩，热分析中的热流率，磁场分析中的电流段。外表荷载：作用在某个外表上的分布荷载。如结构分析中的压力，热分析中的对流和热流量。体荷载：作用在体积或场域内。如结构分析中温度，热分析中的热生产率，磁场分析中的电流密度。惯性荷载：结构质量或惯性引起的荷载。如重力加速度、角速度和角加速度等，主要在结构分析中使用。耦合场荷载：它是一个特殊的情况，从一种分析得到的结果用作为另一分析的荷载。如热分析中得到的节点温度可作为结构分析中的体荷载施加到每一个节点。实体模型载荷与有限元模型载荷的优缺点在施加荷载时，可将大多数荷载施加于实体模型(关键点、线或面)或是有限元模型(节点和单元)上。由于求解期望所有荷载应依据有限元模型，因此无论怎样指定荷载，在开始求解时，软件都自动将这些荷载转换到节点或单元上。当荷载施加在实体模型上时，它具有以下优缺点：(1)优点：实体模型荷载独立于有限元网格。即：用户可以改变单元网格而不影响施加的荷载。这将允许用户更改网格并进行网格敏感性研究而不必每次重新施加荷载；与有限元模型相比，实体模型通常包括较少的实体。因此选择实体模型的实体并在这些实体上施加荷载要容易得多，尤其在通过图形拾取时。(2)缺点：ANSYS网格划分命令生成的单元处于当前激活的单元坐标系中，网格划分命令生成的节点使用整体直角坐标系，因此实体模型和有限元模型可能具有不同的坐标系和加载方向；在简化分析中，实体模型不很方便。其中，荷载施加于主自由度。(用户只能在节点而不能在关键点定义主自由度)；施加关键点约束很棘手，尤其是当约束扩展选项被使用时。(扩展选项允许用户将一约束特性扩展到通过一条直线连接的两关键点之间的所有节点上)；不能显示所有实体模型荷载。当荷载施加在有限元模型上时，它具有以下优缺点：(1)优点：在简化分析中不会产生问题，因为可将荷载直接施加在主节点；不必担忧约束扩展，可简单地选择所有所需节点，并指定适当的约束。(2)缺点：任何有限元网格的修改都使荷载无效，需要删除先前的荷载并在新网格上重新施加荷载；不便使用图形拾取施加荷载。除非仅包含几个节点或单元。

可能出现的问题在可能产生不定解或非唯一解的分析中，当求解方程的主元为负或零时会出现所谓的奇异解。下述条件有可能会导致求解过程出现奇异：(1)约束条件缺乏，有可能存在刚体位移；(2)材料特性为负，如在瞬态分析中的密度或温度；(3)连接点无约束，单元排列可能会引起奇异性；(4)弯曲。当应力刚化效果为负(受压)时，结构受载后变弱。假设结构变弱到刚度减小到零或负值时，就会出现奇异解；(5)零刚度矩阵(在行或列上)。如果刚度确实为零，线性或非线性分析都会忽略所加的荷载。4.2提升塔架的风荷载计算标准风荷载在露天工作的起重机应考虑风荷载并认为风荷载是一种沿任意方向的水平力。起重机风荷载分为工作状态风荷载和非工作状态风荷载两类。工作状态风荷载是起重机在正常工作情况下所能承受的最大计算风力。非工作状态风荷载是起重机非工作时所受的最大计算风力(如暴风产生的风力)。风荷载的计算风荷载按下式计算：(4-1)(4-1)式中，——作用在起重机上或物品上的风荷载(N)；——风力系数；——风压高度变化系数；——计算风压()；——起重机或物品垂直于风向的迎风面积()[8]。在计算起重机风荷载时，应考虑风对起重机是沿着最不利方向作用的。

计算风压q(4-2)(1)风压与空气密度和风速有关，可按下式计算：(4-2)式中，——计算风压()；——计算风速()。(2)计算风压分三种：，，是起重机正常工作状态计算风压，用于选择电动机功率的阻力计算及机构零部件的发热验算；是起重机工作状态最大计算风压，用于计算机构零部件和金属结构的强度、刚性及稳定性，验算驱动装置的过载能力及整机工作状态下的抗倾覆稳定性；是起重机非工作状态计算风压，用于验算此时起重机机构零部件及金属结构的强度、整体抗倾覆稳定性和起重机的防风抗滑平安装置和锚定装置的设计计算。不同类型的起重机按具体情况选取不同的计算风压值。(3)室外工作的起重机的计算风压如下表所示：表4-1起重机计算风压()地区工作状态计算风压非工作状态计算风压内陆0.6150500-600沿海250600-1000台湾省及南海诸岛2501500风压高度变化系数Kh起重机的工作状态计算风压不考虑高度变化(=1)。所有起重机的非工作状态计算风压均需考虑高度变化。风压高度变化系数如下表所示。表4-2风压高度变化系数离地(海)面高度()20304050607080陆上1.001.231.391.511.621.711.791.86海上及海岛1.001.151.251.321.381.431.471.52注：计算起重机风荷载时，可沿高度划分成20m高的等风压区段，以各段中点高度的系数乘以计算风压。风力系数C风力系数与结构物的体型、尺寸等有关，按以下各种情况决定：(1)一般起重机单片结构和单根构件的风力系数如下表所示：图4-3单片结构的风力系数序号结构型式1型钢制成的平面桁架(充实率=0.3-0.6)1.62型钢、钢板、型钢梁、钢板梁和箱梁截面构件510203040501.31.41.61.71.81.93圆管及管结构＜13710131.31.21.00.90.74封闭的司机室、机器房、平衡重、钢丝绳及物品等注：表中为结构或构件的长度，为其迎风面的高度()；为计算风压()；为管子外径()。(2)两片平行平面桁架组成的空间结构，其整体结构的风力系数可取单片结构的风力系数，而总的迎风面积应按中公式计算。(3)风朝着矩形截面空间桁架或箱形结构的对角线方向吹来，当矩形截面的边长比小于2时，计算的风荷载取为风向着矩形长边作用时所受风力的1.2倍；当矩形截面的边长比等于或大于2时，取为风向着矩形长边作用的风力。(4)三角形截面的空间桁架的风荷载，可取为该空间桁架垂直于风向的投影面积所受风力的1.25倍计算。迎风面积A起重机结构和物品的迎风面积应按最不利迎风方位计算并取垂直于风向平面上的投影面积。(1)单片结构的迎风面积为：(4-3)(4-3)式中，——结构或物品的外轮廓面积，如以下图，()；——结构的充实率，即，如表所示。图4-1结构或物品的面积轮廓尺寸示意图表4-4结构的充实率受风结构类型和物品充实率实体结构和物品1.0机构型钢制成的桁架钢管桁架结构(2)对两片并列等高的型式相同的结构，考虑前片对后一片的挡风作用，其总迎风面积为：(4-4)(4-4)式中，——前片结构的迎风面积；——后片结构的迎风面积；——两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数，它与第一片(前片)结构的充实率及两片桁架之间的间隔比有关，相关图表如下：图4-2并列结构的间隔比表4-5桁架结构挡风折减系数0.10.20.30.40.50.6间隔比10.840.700.570.400.250.1520.870.750.620.490.330.2030.900.780.640.530.400.2840.920.810.650.560.440.3450.940.830.670.580.500.4160.960.850.680.600.540.46(3)物品的迎风面积：吊运的物品的迎风面积应按其实际轮廓尺寸在垂直于风向平面上的投影来决定。物品的轮廓尺寸不明确时，允许采用近似方法加以估算[9]。4.3起重塔架的风荷载计算过程根据标准，起重塔架(总高度为40m)在计算风荷载时，可沿高度划分成20m高的等风压区段，即1-20m和20-40m两段分别进行计算。由于要研究提升塔架在提升主塔过程中强度、刚度和稳定性等问题的校核，故计算风压取为工作状态下内陆的取值，即。并且风压高度变化系数取中点高度的值进行计算。1-20m的风荷载计算(1)角钢的风荷载计算：根据上面的分析；取塔架10m处的值，即；，即型钢制成的平面桁架的风力系数；整个塔架在最不利风向上有重叠的局部，考虑前片对后一片的挡风作用，并且前片与后片并非并列平行，而是之间有60°的夹角，鉴于这种情况，其面积的计算取单片和并列的中间值，具体计算如下：单片结构：两片并列结构：因此保守起见，取迎风面积为。故：将力分配到桁架的各个节点上，得到每个节点上的力为200。(2)钢管的风荷载计算：与角钢的计算相同，；取塔架10m处的值，即；风力系数取；。故：将力分配到各个节点上，得到每个节点上的力为165.38。20-40m的风荷载计算(1)角钢的风荷载计算：根据上面的分析；取塔架30m处的值，即；，即型钢制成的平面桁架的风力系数；整个塔架在最不利风向上有重叠的局部，考虑前片对后一片的挡风作用，并且前片与后片并非并列平行，而是之间有60°的夹角，鉴于这种情况，其面积的计算取单片和并列的中间值，具体计算如下：单片结构：两片并列结构：因此保守起见，取迎风面积为。故：得到桁架每个节点上的力为278N。(2)钢管的风荷载计算：与角钢的计算相同，；取塔架30m处的值，即；风力系数取；。故：将力分配到各个节点上，得到每个节点上的力为229.87N。4.4单斜塔的风荷载计算标准风荷载标准值及根本风压垂直于建筑物外表上的风荷载标准值，应按下述公式计算。(1)当计算主要承重结构时：(4-5)(4-5)式中，——风荷载标准值(kN/m2)；——高度处的风振系数；——风荷载体型系数；——风压高度变化系数；——根本风压(kN/m2)。(2)当计算围护结构时：(4-6)(4-6)式中，——高度处的阵风系数。根本风压应按建筑结构荷载标准按照50年一遇的风压采用，但是不得小于0.3kN/m2。风压高度变化系数对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按下表确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比拟稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。表4-6风压高度变化系数离地面或海平面高度(m)地面粗糙度类别ABCD5101520304050601.171.381.521.631.801.922.032.121.001.001.141.251.421.561.671.770.740.740.740.841.001.131.251.350.620.620.620.620.620.730.840.93风荷载体型系数对于单斜塔的风荷载体型系数，根据建筑结构荷载标准，应按照封闭式落地双坡屋面的类别来取值，具体如下：0°030°+0.2中间按差值计算≥60°中间按差值计算+0.8-0.5-0.5图图4-3风荷载体型系数风振系数对于根本自振周期大于0.25s的工程结构，如房屋、房屋及各种高耸结构，以及对于高度大于30m且高度比大于1.5的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。风振计算应按随即振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构在z高度处的风振系数可按下式计算：(4-7)(4-7)式中，——脉动增大系数；——脉动影响系数；——振型系数；——风压高度变化系数。4.5单斜塔风荷载的计算过程根据标准全国各城市的50年一遇风压，可查得天津市50年一遇的风压为0.50kN/m2；风振系数根据经验取值为；风压高度变化系数选择D类，即有密集建筑群且房屋较高的城市市区，单斜塔在提升过程中，分别取五个不同的提升角度进行风荷载的计算，即9°、20°、30°、40°、46°。9°为提升前的主塔初始位置，46°为提升到位时的最终位置，其风压高度变化系数如下表：表4-7不同角度风压高度变化系数提升角度(°)主塔离地面的高度(m)风压高度变化系数9°7.120.6220°15.560.6230°22.750.6240°29.250.6246°32.730.65风荷载体型系数，在不同的角度也有不同的取值，如下表所示：表4-8不同角的风荷载体形系数提升角度(°)风荷载体型系数9°0.06020°0.13330°0.20040°0.26746°0.307(1)主塔在9°时的风荷载计算：将此风荷载分解为垂直于主塔和平行于主塔的两个分力，得：垂直分力：2.91平行分力：18.37由于平行于主塔的风荷载对主塔提升的影响很小，故可忽略不计。(2)主塔在20°时的风荷载计算：将此风荷载分解为垂直于主塔和平行于主塔的两个分力，得：垂直分力：14.10平行分力：38.74由于平行于主塔的风荷载对主塔提升的影响很小，故可忽略不计。(3)主塔在30°时的风荷载计算：将此风荷载分解为垂直于主塔和平行于主塔的两个分力，得：垂直分力：31.00平行分力：53.69由于平行于主塔的风荷载对主塔提升的影响很小，故可忽略不计。(4)主塔在40°时的风荷载计算：将此风荷载分解为垂直于主塔和平行于主塔的两个分力，得：垂直分力：53.20平行分力：63.41由于平行于主塔的风荷载对主塔提升的影响很小，故可忽略不计。(5)主塔在46°时的风荷载计算：将此风荷载分解为垂直于主塔和平行于主塔的两个分力，得：垂直分力：71.78平行分力：69.31由于平行于主塔的风荷载对主塔提升的影响很小，故可忽略不计。上述的计算值均为主塔所受力的标准值，其设计值均应按照标准乘以荷载分项系数，即活荷载的荷载分项系数1.4，具体值如下表所示：表4-9不同角度风荷载()提升角度垂直分力的标准值垂直分力的设计值9°2.914.0720°14.1019.7430°31.0043.4040°53.2074.4846°71.78100.494.6附录在上述的计算过程中，提升塔架的风荷载计算依据?GB3811-83起重机设计标准?，主塔的风荷载计算依据?建筑结构荷载标准GB50009_2001?。4.7总结本章对加载和求解的一些根本的概念做了相应的了解，重点在于掌握起重机设计标准和建筑结构荷载标准，以到达明确如何计算提升塔架和单斜塔主塔风荷载的目的。

第5章结果数据的分析5.1后处理器简介后处理器是指检查并分析求解的结果的相关操作。这可能是分析中最重要的一环节之一，因为任何分析的最终目的都是为了研究作用在模型上的载荷是如何影响设计的。检查分析结果可使用两个后处理器：POST1(通用后处理器)和POST26(时间历程后处理器)。POST1允许检查整个模型在某一载荷步和子步(或对某一特定时间点或频率)的结果。POST26可以检查模型的指定节点的某一结果项相对于时间、频率或其他结果项的变化。需要注意的是ANSYS的后处理器仅是用于检查分析结果的工具。要判断一个分析的结果是否正确，或是对结果进行解释，仍然需要工程判断能力。在求解时，ANSYS将结果写入结果文件，进行后处理时，结果文件必须存在且可用。结果文件名的后缀取决于分析类型，对于结构分析的结果，文件的后缀为RST。在求解时，ANSYS将计算两种类型的结果数据：根本数据包含计算得到的每个节点的自由度解：比方结构分析的节点位移、热力分析的温度等。这些被称为nodalsolution(节点解)数据。派生数据是由根本数据推导得到的数据，如结构分析中的应力和应变；通常计算得到的派生数据是单元的以下位置的数据：每个单元的所有节点；每个单元的所有积分点或是每个单元的质心。派生数据称为elementsolution(单元解)数据。5.2结果的图形和列表显示提升角度为9°以下图为主塔在地面拼装完成后的单元整体效果图。主塔倾斜段与地面之间的夹角呈9°。约束情况如下图，塔架与地面固结，约束其所有的自由度；主塔可以绕x轴转动，约束其所有的线位移和绕y轴和z轴的转动；平衡索与地面铰结，约束其所有的线位移。施加在整个系统上的力有：系统的自重、塔架的风荷载、主塔的风荷载以及吊梁上由千斤顶产生的集中力。图5-19图5-19°整体效果图以下图为提升系统在提升角度为9°时的变形图，从此图可以看出最大位移为DMX=0.16784m，出现在主塔水平段距离顶部1/5的地方；沿y轴的最大位移为Uy=0.14378m，出现在吊梁中点附近。图5-图5-29°整体变形图图5-图5-39°整体应力图上图为提升系统的应力云图。从图中可以看出，最小应力为SMN=13904MPa，最大应力为SMX=355MPa。最大应力出现在提升索与主塔连接的地方，由于计算的简化，存在应力集中。图5-图5-49°吊梁变形图上图为吊梁变形图，从图中可以看出吊梁发生了较大的变形，其位移为Uy=0.14375m，Uz=-0.16418E-01m，总位移为0.14469m，但并未超出允许值。图5-图5-59°轴向应力图上图可以看出，提升索的轴向应力最大，为MAX=430MPa，平衡索次之，塔架整体处于受压状态。图5-图5-69°梁y轴剪力图从上图可以看出，吊梁的剪力值最大为MAX=2140kN。图5-图5-79°梁y轴弯矩图从梁y轴弯矩图可以看出，吊梁中点的弯矩最大，为MAX=-8130kN·m。图5-图5-89°梁z轴弯矩图从上图可以看出，吊梁中点处的弯矩值仍为最大，MAX=1400kN·m。梁y轴和z轴中点的弯矩均为最大，是提升索悬挂在吊梁中点的必然结果。另外此处还有一个重达300T的千斤顶产生的集中力。以上显示的是提升角度为9°，即主塔刚脱离地面时的计算结果图，主要有整体变形图、应力云图、吊梁变形图、轴向应力图、剪力图和弯矩图。从图形中可以看出最大应力为SMX=355MPa，发生在提升索和主塔连接的地方。由于建模的简化，将其连接处简化成了一个点，而实际的工程中应该是一个面，因而存在应力集中，其值超出了Q235钢的屈服强度，无需考虑。但是其附近的应力值仍较大，因此在实际的施工中应该对局部应力集中处采取有效的加固措施。从整体的变形图可以看出，主塔水平段距离顶部1/5处的位移最大，最大位移为DMX=0.16784m。吊梁中点发生的总位移为0.14469m。下面列表显示提升角度为9°时各个支座的反力值，包括塔架的反力值、主塔的反力值以及平衡索的反力值。表5-19°塔架支座反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)Mx(N·m)My(N·m)Mz(N·m)186-37998-62091.43E+0600050616294-481202.64E+06000826-16551-28785-3.74E+05000114638542-54721.44E+06000146616195-28799-3.80E+050001786-14996-470622.58E+06000TOTAL1486-1644487.34E+06000表5-29°桥塔支座反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)Mx(N·m)My(N·m)Mz(N·m)5465211971.86E+053.20E+0536.093.875484-240152.23E+053.33E+05-31.2915.065492371671.06E+051.76E+05-14.2413.02549315287629231.17E+0510.96-7.0354941038148708991923.41-2.325495467640806902850.61-0.495496-1793721587772-0.11-0.385497-50013678290237-0.840.375498-105324023999015-3.601.90549917E+05-10.915.735500-35633823181.74E+0512.83-12.46TOTAL-19379.13E+051.70E+062.9117.27表5-39°平衡索反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)25292-26751-3.89E+05-2.69E+052529327201-3.95E+05-2.73E+05上面的反力列表显示，整个系统在x轴向有很小的合力值，这是由于提升索在悬挂时并未悬挂在吊梁的中点，而是有很小的误差引起的。图5-920°单元与荷载整体效果图提升角度为20图5-920°单元与荷载整体效果图上图为单元与荷载整体效果图，其中荷载包括塔架和主塔的风荷载以及整个提升系统的自重。此时主塔与地面的夹角为20°。主塔的风荷载随着提升角度的变化而逐渐增大，此时其值为19.74。图中显示了提升塔架的风荷载，可以很明显的看出整个提升塔架分为两个等分压段，每段长20m。以下图为提升角度为20°时，整个提升系统的变形图，从图中可以看出最大位移为DMX=0.14756m，出现在主塔水平段距离顶部1/5的地方；沿y轴的最大位移为Uy=0.14611m，出现在吊梁中点附近。图5-图5-1020°整体变形图图5-图5-1120°整体应力图上图为提升角度为20°时提升系统的应力云图，从图中可以看出最大应力为SMX=398MPa，同样发生在提升索与主塔连接的地方，如下面局部应力图所示：图5-图5-1220°局部应力图图图5-1320°吊梁变形图上图为吊梁变形图，从图中可以看出吊梁发生了较大的弯曲变形，其中点沿y轴的位移为Uy=0.14607m，较9°时的大。因此在施工中应相应的增大其抗弯刚度。图5-图5-1420°轴向应力图上图可以看出，提升索的轴向应力最大为MAX=397MPa，索力值较9°时的小。图5-图5-1520°梁z轴剪力图上图为吊梁、分配梁和联系梁的z轴的剪力图，吊梁的剪力值最大，为2930kN。图5-图5-1620°梁y轴弯矩图图5-图5-1720°梁z轴弯矩图上面两图可以看出，吊梁中点的弯矩最大，y轴弯矩为MAX=7870kN·m，z轴弯矩为MAX=1420kN·m。y轴弯矩值较9°的大，z轴的弯矩值较9°的小，这是提升索力随提升角度变化而引起的。下面列表显示提升角度为20°时各个支座的反力值，包括塔架的反力值、主塔的反力值以及平衡索的反力值。表5-420°塔架支座反力NODEFx(N)Fy(N)Fz(N)Mx(N·m)My(N·m)Mz(N·m)186-36769-62731.39E+0600050616641-485212.63E+06000826-16656-29485-4.23E+05000114637612-55361.40E