变电构架的空间分析.docx

文章编号：（）变电构架的空间分析朱 朝 阳 ，靳 振 宇（辽宁电力勘测设计院，辽宁 沈阳）摘要：变电构架是变电站最主要的构筑物由于电压等级的提高，线路导线截面增大，导线荷载相应增大，变 电构架发展多样化，结构形式有钢管、角钢格构式等结构形式的多样性决定了计算手段的转变变电构架属于空 间结构，平面简化计算因精度不高，手算工作量较大，所以应该采用空间计 算 软 件空间结构计算更符合结构实 际受力，结果更精确，设计更可靠空间结构软件都是基于有限 元 思 想，目 前 常 用 的 有 等论 文 简单介绍了 计 算 过 程，结合某变电站一矩形截面构架梁进行材料力学计算和利用 软件进行计算，总结了 计算软件的计算步骤以及计算结果关键词：变电站；构架；设计软件；有限元中图分类号：文献标志码： ， （，）： ， ， ，；， ； ； ， ， ， ：；土杆、薄壁离心钢管混凝土杆由于电压等级的提高，线路导线截面随着电网建设规模不断扩大而增 大，导线荷载相应增大，在结构材料的选用上，在考 虑安全性的同时，还要考虑结构的经济性、加工制 造和施工的快捷性、成品质量的美观性等钢结构 变电构架的 应 用 在 近 几 年 得 到 了 飞 速 发 展，钢 管 柱、三角形断面横梁、角钢格构式构架、全联合钢结 构构架等与平面计算相比，空间结构计算更符合前言随着电网建设的高速发展，用电负荷需求快速 增长，变电站的建设进程也在加速发展变电构架 是变电站最主要的构筑物，因其重要性高、承受荷 载大、经济指标高、工艺要求复杂，将 及以 上电压等级构架结构重要性系数定为一级，在 以往的工程使用较多的是预制环形截面钢筋混凝作者简介：朱朝阳（），男，工程师，硕士研究生，从事变电土建工作，：增刊朱朝阳，等：变电构架的空间分析结构实际受力能力，结果更精确，设计更可靠目前常 用 的 空 间 分 析 程 序 有 、 等，其基本原理都是有限元原 理本文以 版为例介绍有限 元软件在变电构架设计中的应用 计算步骤有限元的基本思想是把一个原来是连续的物 体剖分成有限个单元，且它们相互连接在有限个节 点上，承受等效的节点载荷，并根据平衡条件来进 行分析，然后根据变形协调条件把这些单元重新组 合起来，成为一个组合体，再综合求解， 计 算 程 序 包 括 以 下 几 个 步骤：）输入结构的几何模型， 提 供了强大的建模工具，包括平移、复制、转动、镜像 等绘图工具，几 何 模 型 可 在 程 序 的 前 处 理 中 通 过 操作或者简单的语言命令直接输入完成变电构架一般可按空间杆系结构或空间桁架结构进行分析计算，结构建模时需要注意整个结构 必须是不变体系，所有节点必须是稳定 的 节 点 变电构架的 结 构 应 该 选 择 梁 单 元 或 者 杆 单 元在 软件中，选择型钢即自动生 成 梁 单元，对铰接杆件（斜撑、经简化的构架梁）应注意 弯矩 的释 放，得 到 杆 单 元在建立空间模 型 的 时候应符合实际工程的具体情况某 变电 站角钢格构式全联合构架模型如图系数、泊松比等杆件的几何特性指杆件的局部坐标与整体坐标的角度，即 角）支座和杆件特性的定义，定义结构支座类型，包括固接支座、铰接支座、部分释放支座、弹簧 支座等，用户可以根据实际情况定义合适的支座类 型杆件特性默认为两端固接，能承受拉力、压力、 弯矩和扭矩的杆件）定义荷载和荷载组合，在 中可以手动输入各基本工况下的各种荷载，温度荷 载、风荷载、线荷载、面荷载、集中力等然后，按照建筑结构荷载规范（ 年版）将各个工况的 荷载乘以一个系数，加到一起，即可得到荷载组合荷载组合包括承载能力极限状态计算所需的基本组合、正常使用极限状态计算所需的标准组合一 般构架荷载工况及荷载组合较多，如果将所有荷载 和荷载组合都输入，不仅工作量大，且容易出错，计 算速度较慢，所以可以先对构架的荷载组合进行定 性分析，保留起控制作用的荷载工况和荷载组合）计算分析，在 计算中内力 计算结果比较精确计算可以得到各个杆件的内力（包括轴力、剪 力 和 弯 矩），需 要 特 别 指 出 的 是，在 中，各个构件的内力结果是基于 局部坐标系下的， 轴正方向是由杆件起点到终点 连线确定的，计算得出的轴力方向与材料力学规定 方向相反，拉为负，压为正利用右手法则可得到局 部坐标系 和 轴的正方向，局部坐标 和 轴与 截面的两个主惯性轴相一致得到的内力计算结果，使用规范计算公式即可 验证是否满足规程规范的要求，在没有工程计算经 验的情况下，建议采取手算进行校核对于 全联合构架杆件较多，可以编写程序进行校核设计举例上述构架中的构架梁为矩形截面构架梁，单独 验算构架 横 梁 时，可 以 单 独 建 模，此 构 架 梁 长 ，矩形截面宽和高均为 ，主材选用 ，斜材选用 的钢 管在 图 所 示 位 置 受 个垂直向下的集中力（），两 端 铰 接，考 虑 结构自重，结构受力如图 所示根据荷载组合的规定，此构架梁受控制荷载组合为， 为重力， 为导线拉力，即图 中的 由材料力学可知，构架梁上弦杆受压，下 弦 杆图 变电构架）定义杆件截面特性， 提供 了常用的角钢、工字钢、钢管等型钢截面，也可以自 己定义截面特性）输入杆件的材料特性和几何常数，用户可 以将杆件材料定义为混凝土、铝或者钢材，也可以直接输入材料的密度、弹性模量、剪切模量、线膨胀武汉大学学报（工学版）第 卷图构架受力示意图受拉，计算主材最大内力得： ， ， ， ，构架梁跨中挠度为 在 中建立空间设计 模 型如图 所示表 计算解和理论解计算结果 计算解 理论解误差最大拉力最大压力挠度结论变电构架属于空间结构，平面简化计算因精度 不高，手算工作量较大，所以应该采用空间计算软 件，特别是随着电压等级的提高， 角钢格构 式全联合构架更应该使用计算软件本文结合一个 简单的 梁 进 行 材 料 力 学 计 算 和 软件进行计算，总结了 计算软件 的计算步骤以及计算结果计算结果表明， 的计算结果精确高参考文献：图空间模型在 中逐步输入节点坐标，建立模型，定义主材和斜材的截面特性，定义主材角 钢的 角，将两端约束定义为铰接，输入集中力 ，按照荷载组合规定将重力和集中力组合到一起，执行分析，即可得到所有杆件的内力进入后处理模 式，得到杆件的最大轴力为 ，中南电力设计院变电构架设计手册武 汉：湖北科学技术出版社，变电所建筑结构设计技术规定 谢贻 权，何 福 保弹性和塑性力学中的有限单元法 北京：机械工业出版社，徐 芝 纶弹 性 力 学 北 京：高 等 教 育 出 版 社，吴伟康应用 设计变电构架电 力建设，（）： ， ，在 前 面 提 到 过 在