大跨越钢管塔的弯矩效应研究.docVIP

精品论文 参考文献 大跨越钢管塔的弯矩效应研究 （山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013） 摘要：大跨越钢管塔是特高压输电线路的关键部分，一旦发生事故，不但会造成巨大的经济损失，还会产生一定的社会影响。因此，确保其安全性尤为重要。采用大型有限元分析软件ABAQUS，对某1000kV特高压交流工程大跨越钢管塔进行分析，研究了杆端弯矩对基础反力和杆件应力的影响，为今后大跨越钢管塔的设计提供依据。 关键词：大跨越；钢管塔；弯矩效应；基础作用力；杆件应力 1 引言 随着国民经济的快速增长，目前国家正处于特高压输电线路的快速发展中。采用特高压输电时，输电线路的工程规模趋于大型化，输电塔结构形式复杂多变，塔高大幅增加，工程造价指标大大提高。特高压输电线路有时需要跨过大江、大河，此时需要架设大跨越输电塔。大跨越塔是特高压输电线路的关键部分，一旦发生事故，不但会造成巨大的经济损失，还会产生一定的社会影响[1-2]。因此，确保其安全性尤为重要。 2 杆塔计算模型的假设 目前，国内进行铁塔设计时一般采用TTA或者道亨软件进行计算，这些软件采用的是铰接空间桁架计算理论，即架设节点约束为铰接，杆件只承受轴力不承受弯矩，忽略弯矩的影响。计算模型单元采用桁架单元，每个节点具有三个平动自由度。对于角钢塔而言，各个构件采用螺栓连接，节点刚度较小，其构件除拉、压轴力之外，其他内力影响几乎可以忽略，因此分析模型与实际情况较为一致。然而，对于大跨越钢管塔而言，尽管钢管塔也是三维空间塔架结构，但相比角钢塔而言，钢管构件规格大、主材法兰连接、节点板较厚及连接螺栓多等特点使得全塔构件焊接的连续性、构件接头及节点板刚性都强于角钢塔，杆件端部受到很大的嵌固作用，限制杆件间夹角的变化，造成杆件弯曲，由此产生的杆弯矩具有二阶效应，称为次弯矩。理论上而言，钢管塔的计算模型单元更接近于梁单元，每个节点包含三个平动自由度和三个转动自由度。为了确保大跨越输电塔的安全性，进行设计时需考虑杆端弯矩的影响［3-6］。 3 大跨越钢管塔弯矩效应分析 3.1 分析模型的建立 采用的分析模型来源于某1000kV交流特高压输电线路工程，该线路为同塔双回路架设。该工程包含一个黄河大跨越段，长度为2times;3.4公里，跨河方式采用耐-直-直-直-耐，跨越段共有3基双回路直线塔（其中1基为SKT1，2基为SKT2）和4基单回路锚塔（均为MT1）。直线塔SKT1和SKT2均为钢管塔，呼高分别为71m和135m，总高分别为140m和204m，塔身变坡下部塔身坡度均为12deg;。锚塔MT1为角钢和钢管混合塔，呼高为48m，总高为81m。本文以高度最高的直线跨越塔SKT2为分析模型进行钢管塔的弯矩效应分析。 采用大型有限元分析软件ABAQUS软件进行分析，所有构件均采用梁单元进行模拟，每个节点包含3个平动自由度和3个转动自由度。按照杆塔设计规范进行荷载组合，计算导（地）线节点荷载，将计算出的导（地）线节点荷载（考虑了结构重要性系数的数值）、道亨软件计算出的塔身风荷载和竖向荷载施加到塔体上，确保与采用道亨软件施加的荷载一致，腿部（A、B、C和D）采用固定端约束。 3.2 弯矩效应对基础作用力的影响分析 对于大跨越直线铁塔而言，大风工况为控制工况。对于大跨越直线铁塔而言，60deg;大风控制了腿部主材等很多构件的选材，控制了基础作用力的大小。这里对铁塔进行非线性分析时，仅考虑60deg;大风工况。大型有限元软件和道亨软件计算得到的基础作用力如表3.2-1～表3.2-4所示。 由分析结果可以看出，A腿为压腿，D腿为拉腿。考虑弯矩效应后，基础最大下压力增大了2.53%，最大下压力对应的两个水平方向水平力分别增大3.49%和5.35%。最大上拔力增大了0.89%，最大上拔力对应的两个方向水平力分别增加3.76%和5.81%。对于B腿而言，考虑弯矩效应后，竖向力减小了6.99%，两个方向的水平力分别减小了7.55%和59.17%。对于C腿而言，竖向力增加了3.45%，两个方向的水平力分别增加了1.06%和11.90%。采用道亨软件进行分析时，由于采用的单元类型为桁架单元，基底弯矩为0。采用ABAQUS软件时，采用的单元类型为梁单元，存在基底弯矩。基底弯矩在数值上比水平力低一个数量级，一般不影响基础设计。 进行基础设计时，基础作用力采用的是A腿的下压力和D腿的上拔力。一般而言，最大下压力控制基础的尺寸。对于本工程而言，A腿的基础作用力控制基础的工程规模。根据相应的基础设计规范，