铁塔内力分析与计算

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： 学生姓名： 学 号： 成 绩： 指导教师： 完成日期： 华北电力大学计算报告 一、题目内容及要求。 220字 型直线塔单线图如图 1所示，全高 H=，呼高，重 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（大风工况）； (b) 运行工况（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； (g) 安装情况。 （ a)运行工况（大风工况）塔头荷载图（ (b) 运行工况（覆冰工况 ）塔头荷载 图 (c) 断上导线情况塔头荷载图（ （ d) 断下导线情况塔头荷载图（ 华北电力大学计算报告 (e) 断地线情况塔头荷载图（ （ f)安装情况塔头荷载图（ (g) 安装情况塔头荷载图（ 华北电力大学计算报告 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)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： 众向力荷 载 横向力荷载 0333o o 华北电力大学计算报告 主材受力简图 如图（ d)：截取 3主材内力为： 方法一：s 3 P 、 塔头塔身风压 点之矩。 G 表示 3法所求内力为近似值。 方法二：利用 003 注： 为除主材内力以外的外力力矩之和，特别注意所有外力取矩时由于单片受力大小均取21。 （ 2） 、斜材受力分析及内力计算（截面法）。 以两弦杆延长线交点 立力矩平衡方程，计算斜 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： M 其中： 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：s 计算公式与单斜材桁架相同。 其中： 上所有水平力 塔头塔身风压 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：is 其中一根斜材受拉力，另一根斜材受压力。 4、 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：s i 方法同双 腹杆桁架计算方法。 华北电力大学计算报告 方法二：以 取矩点 0 0* 0y ： 0s in*s 联立方程并求解得： i s 得到： s s is ， 有外力为塔整体受到的外力。 is ， 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21。 5、 导线横担内力计算。 （ 1）、尖横担计算简图如右图： 在断线张力 垂直荷载 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 ： )( 11101 上平面角钢主材受力： )( 21202 ）（ 3212111)式中 断线张力标准 值； 断导线后垂直荷载标准值； 1 下平面受力分配系数； 11 下平面角钢的长度及其截面积； 22 上平面角钢的长度及其截面积； 受力不均匀系数； 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： 鸭嘴横担计算简图 主材受力为： 下平面角钢主材受力： )( 1 华北电力大学计算报告 上平面角钢主材受力： )( 2 ）（ 三、 计算结果。 1、 计算 25m/0m/ （ 1）、计算 25m/ 塔头风荷载： 电压等级为 220度为 糙程度为 表 2z =表 2载调整系数 z =型钢杆件组成的塔架 )1( ，填充系数 ， ，塔头 b/h=(2)/8=表 2 =构件体形系数 )1( = 1+=影面积( 21 f =*（ ） =m 塔头风压 q=/h =(25*25/8=536N/m 设计值为： q= *=1*36=750N/m 塔身风荷载： 电压等级为 220度为 糙程度为 表 2z =表 2z =北电力大学计算报告 由型钢杆件组成的塔架 )1( ，填充系数 ， ，塔身 b/h=(2)/表 2 =构件体形系数 )1( = 1+=影面积( 21 f =（ ） =m 塔身风压 q=/h =(25*25/86N/m 设计值为： q= *=1*86=1100N/m （ 2） 、计算 10m/ 方法同（ 1），计算结果如下： 覆冰工况：塔头风压设计值： q= *=6=120N/m 塔身风压设计值： q= *=26=176N/m 安装工况：塔头风压设计值： q= *=6=108N/m 塔身风压设计值： q= *=26=158N/m 2、 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： 02222 r c s i n ()r c s i n ( 022 (a r c s 1b = )s 022 =*1 d =北电力大学计算报告 杆塔内力计算结构尺寸简图 （ 1）、 单位： 编号 工况 大风工况 覆冰工况 断上导线 断下导线 号 工况 断地线 安装情况 I 安装情况 67 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，而实际情况则不同。 各个工况下主材和斜材的内力统计对比柱形图如下： 各个工况下主材受力图 各个工况下斜材受力图 （ 2）、 (大风工况 ) 华北电力大学计算报告 主材和斜材 内力 （ 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材F（力统计（ 3）、大风工况下解析法 和有限元分析方法的结果对比： 对比图材F(析法有限元分析法华北电力大学计算报告 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。 （ 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 为 首先选取角钢型号为 边角钢，钢的型号为 向压力为 最小轴布置，计算长度取 L=3m. （ 2）、压杆稳定性条件： N N； 2 f 2 角钢构件：根据翼缘板自由外伸宽度 算确定： 当0 2)(时，取 当 时， ； （ 3）、强度折减系数： 查型钢表：角钢 b=125mm,t=12 华北电力大学计算报告 15 2125= （ 4） 、稳定性折减系数： 查型钢表：角钢 r=算长度为 L=3m。 长细比 K =KL/r=000/235钢 表 = （ 5）、稳定性条件： 查型钢表：角钢 = )2 8 9 1*4 2 4 7 1 9 0)( =15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 为 首先选取角钢型号为 的型号为 向压力为 据塔腿结构及斜材布置，由表 ：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： N N。 2 f 2 角钢构件：根据翼缘板自由外伸宽度 计算确定： 当0 2)(时，取 当 时， ； （ 3）、强度折减系数： 查型钢表：角钢 b=63mm,t=8 15 63= （ 4）、稳定性折减系数： 查型钢表：角钢 r=算长度为 L=1m。 华北电力大学计算报告 =100/20 由附录 为： K=0/ =0/细比 K =KL/r=1 表 = （ 5）、稳定性条件： 查型钢表：角钢 = )9 5 2*6 1 3 9 9 0)( =15以该斜材满足稳定性要求。 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。 五、 螺栓的选取和强度校验。 1、 主材连接螺栓的选取和强度校验。 （ 1）、初选用 栓，钢材选用 。主材轴向力为 （ 2）、计算单个螺栓的受剪承载能力： 041614 22 d 剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径 ; 2 （ 3）、计算单个螺栓的挤压承载能力： 华北电力大学计算报告 7 1 . 0 4 k t 2 （ 4）、螺栓数目的计算： 7m n取 n=6,螺栓为并列排列方式，角钢每个面 3 个螺栓，两个 面共 6个螺栓。 （ 5）、构件的强度校验： 净截面积的较小者。 f 2 - 8916*12=2507 2其中 125= 则： M P n 0 71 4 7 1 9 0 净截面强度满足要求，主材连接选择的螺栓合理。 2、 斜材连接螺栓的选取和强度校验。 （ 1）、初选用 栓，钢材选用 。斜材轴向力为 华北电力大学计算报告 （ 2）、计算单个螺栓的受剪承载能力： 2 d 剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径 ; 2 （ 3）、计算单个螺栓的挤压承载能力： 2 9 . 6 k t 2 （ 4）、螺栓数目的计算： n取 n=2,螺栓为单列排列方式，角钢每个面 1 个螺栓，两个 面共 2个螺栓。 （ 5）、构件的强度校验： 净截面积的较小者。 f 2 - 520*8=792 2华北电力大学计算报告 其中 63= 则： M P n 9 9 0 净截面强度满足要求，斜材连接选择的螺栓合理。 六、结果分析。 通过计算发 现两种方法在大风工况下塔腿斜材内力相差不大。主材内力受压杆内力相差有点大，误差出现的原因我觉得有以下几点： （ 1）、在用表格计算时，数据只保留两位小数，每步的数