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第五届全国现代结构工程学术研讨会 单管通信塔非线性分析与研究 谢甫哲舒赣平 (东南大学土木工程学院，南京210096) 摘要 单管通信塔在通信工程中应用日益广泛，有必要对其结构受力特征进行研究。该结构属于高柔性结构，结构的抗侧 刚度小，塔的项部又有较大的集中荷载，在水平荷载作用下，结构的非线性比较明显。本文通过对几个单管塔算例 进行线性和非线性的分析和比较，得到并总结了单管通信塔的一些非线性受力特征。 关键词单管通信塔，整体稳定，几何非线性。P--z3效应 一、前言 随着我国通信事业的发展，通信塔的建设数量与日俱增，当前通信塔的类型主要有【l】：‘ (一)以角钢作为主要受力构件的角钢塔。 (二)以无缝钢管组成的空间桁架为受力体系的多管塔。 (三)以大直径焊接圆钢管为主要受力构件的单管塔。 。其中角钢塔和多管塔虽然制作和安装都很简便，但是其占地面积大，结构笨重，这不适应于我国现在 的用地紧张和环境急需改善的局面：而单管通信塔以其占地面积小，结构自重轻，施工速度快等优点而越 来越被用户看好。近年来单管通信塔的在通信工程中的应用越来越广泛。为了能更好地推广单管通信塔， 确保该结构的设计安全、适用、经济，为此，有必要对单管塔的结构特性进行研究。 本文以一个单管通信塔为例，对其在风荷载、结构自重和检修荷载的作用下的结构整体稳定和非线性 反应进行了计算和分析，并通过对几个不同高度的单管塔的P—厶效应分析，得出随着高度的变化，单管 通信塔的尸—么效应对结构设计的影响规律。 二、结构受力特点 单管通信塔的主要受力构件为一根上小下大，中间截面渐变的悬臂钢管杆，结构的高度远大于其直径， 属于典型的高耸结构。为了节约钢材，单管通信塔的径厚比通常很大，是薄壁壳体结构，整个结构的抗侧 刚度小。在水平荷载作用下，结构的侧移比较大，且单管塔的平台荷载通常在塔的顶部，这使得单管塔的 P—厶效应较为明显，结构有较强的非线性。同时，由于单管塔属于薄壁壳体结构，结构的局部稳定对结 构的整体稳定的影响很大，实际单管塔的整体失稳是结构整体稳定和局部稳定相互作用的结果。 三、分析理论 对于单管塔这种高耸结构，在水平和竖向荷载作用下，它的水平侧移较大，而结构的应力和应变都比 较小，因此，其非线性问题主要是大位移小应变问题，即结构的几何非线性较为明显。结构的几何非线性 平衡方程式应根据结构变形后的位移写出，而这个位形在求解过程中是变动的，因此，几何非线性问题常 状态量求解tt+4f 时刻的状态量。由平衡虚功方程可得在t=t-k-,At时的平衡为： I／办 (1) S；．aE；mdV=L另7面；dy+IA 工业建筑2005年增刊 1385 第五届全国现代结构工程学术研讨会 q；，z，j都可以写成t一q时刻状态量的增量形式： “≥Uf+Aui鼻7=￡+纰 q≯qf+Aq， S{m=Slm+醯hE{m=Elm+＆Etm ∞ 将(2)式代人(1)式得到以增量形式表达的虚功方程： ’ 7 (3) f(s拥+ASfm)8(AE拥)d矿=R 这里 R ‘ 将虚功方程式(3)写成矩阵形式：