铁塔内力报告.doc

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。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（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（KN）(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（KN） （d) 断下导线情况塔头荷载图（KN)华北电力大学计算报告 (e) 断地线情况塔头荷载图（KN） （f)安装情况塔头荷载图（KN） (g) 安装情况塔头荷载图（KN）华北电力大学计算报告2、 计算思路。众向力荷载1、静定平面桁架的内力分析。横向力荷载 （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：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：方法一： 其中：表示3-3截面以上所有水平力、及塔头塔身风压q对O点之矩。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：利用求解。 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。（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：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：，计算公式与单斜材桁架相同。 其中：表示截面以上所有水平力、及塔头塔身风压q对O点之矩。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：其中一根斜材受拉力，另一根斜材受压力。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：，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：以为取矩点： ：联立方程并求解得： 得到： 斜材内力计算：，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。 ，代表截面以上所有外力力矩设计值之和，所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。5、 导线横担内力计算。（1）、尖横担计算简图如右图：在断线张力和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： 上平面角钢主材受力： 式中 断线张力标准值； 断导线后垂直荷载标准值； 下平面受力分配系数； 下平面角钢的长度及其截面积； 上平面角钢的长度及其截面积； 1.1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： 华北电力大学计算报告上平面角钢主材受力：3、 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=1.16由型钢杆件组成的塔架，填充系数，塔头取，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*（1+0.56）=2.028投影面积 =0.36*8*（0.86+1.52）/2）=3.43塔头风压q=/h =(1.36*1.16*2.028*(25*25/1.6)*3.43)/8=536N/m设计值为：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=1.21查表2-14得风荷载调整系数=1.0华北电力大学计算报告由型钢杆件组成的塔架，填充系数，塔身取，塔身b/h=(1.52+3.035)/2)/18.2=0.127,查表2-12得=0.56，构件体形系数=1.3*（1+0.56）=2.028投影面积 =0.36*18.2*（3.035+1.52）/2）=14.92塔身风压q=/h =(1.21*1.0*2.028*(25*25/1.6)*14.92)/18.2=786N/m设计值为：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：q=1.0*1.4*86=120N/m 塔身风压设计值：q=1.0*1.4*126=176N/m 安装工况：塔头风压设计值：q=0.9*1.4*86=108N/m 塔身风压设计值：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： =1.4m =16.1m华北电力大学计算报告 杆塔内力计算结构尺寸简图（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I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）、MatTower V1.0计算结果:(大风工况)华北电力大学计算报告主材和斜材内力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： （3）、大风工况下解析法和有限元分析方法的结果对比：华北电力大学计算报告4、 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，轴向压力为147.19kN,按最小轴布置，计算长度取L=3m. （2）、压杆稳定性条件： N-轴心压力设计值，N； A-构件截面毛截面积，; -轴心受压构件稳定系数； -钢材抗压强度设计值，； -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： 当时，取=1.0； 当时，=1.677-0.677；（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215MPa。 =10.42 所以=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=KL/r=1.0*3000/24.6=121.95 Q235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。 =119.5MPa1.0*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： N-轴心压力设计值，N。A-构件截面毛截面积，; -轴心受压构件稳定系数； -钢材抗压强度设计值，； -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： 当时，取=1.0； 当时，=1.677-0.677； （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。 =7.875 所以=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 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=91 Q235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。 =23.93MPa1.0*215MPa 所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。5、 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4.8级M16螺栓，钢材选用Q235钢。主材轴向力为 147.19 kN。 （2）、计算单个螺栓的受剪承载能力： -受剪面数目； -螺栓直径，当剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径; -螺栓连接的抗剪强度设计值，。 （3）、计算单个螺栓的挤压承载能力：华北电力大学计算报告 -取同一受力方向承压构件厚度和的最小厚度和，mm; -螺栓连接的承压强度设计值，。 （4）、螺栓数目的计算： 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： -构件的净截面积，取净截面积的较小者。 -钢材抗拉强度设计值，。 的计算： I-I截面的的净截面积： =A-=2891-2*16*12=2507 其中A由角钢规格表查到L125X12的A=28.91。 则： 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4.8级M10螺栓，钢材选用Q235钢。斜材轴向力为 13.99 kN。华北电力大学计算报告 （2）、计算单个螺栓的受剪承载能力： -受剪面数目； -螺栓直径，当剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径; -螺栓连接的抗剪强度设计值，。 （3）、计算单个螺栓的挤压承载能力： -取同一受力方向承压构件厚度和的最小厚度和，mm; -螺栓连接的承压强度设计值，。 （4）、螺栓数目的计算： 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： -构件的净截面积，取净截面积的较小者。 -钢材抗拉强度设计值，。 的计算： I-I截面的的净截面积： =A-=952-2*10*8=792华北电力大学计算报告 其中A由角钢规格表查到L63X8的A=9.52。 则： 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，每步的数据都是近似算法。（2）、matlab计算时没有考虑杆塔的自重。风载荷作用点与实际作用点不同，存在误差。（3）、matlab