塔结构受风载影响的数值模拟分析

宋佼佼

(晋中职业技术学院矿业工程系，山西晋中 030600)

塔结构受风载影响的数值模拟分析

宋佼佼

(晋中职业技术学院矿业工程系，山西晋中 030600)

本文首先建立传输塔模型;然后，对传输塔进行有限元分析，得到该塔在承受风载、自重、电缆载荷时的应力、变形，以及风载对传输塔影响的规律.

有限元;传输塔;风载荷

近几年，塔结构技术迅速发展，许多方面已相对成熟，并普遍应用到工程结构中，但在塔结构的设计、塔高度与风力的关系方面的技术还有缺陷.

据对近10年来的自然灾害统计结果表明，风灾对人类的影响尤为重大，由于风频高、灾害大的特点，导致每年人类的经济损失达到41%，年平均死亡人数超过两万人，风灾给人类生命、财产带来了巨大的损失.

在目前的高耸结构中，如高层房屋、冷却塔、塔架、大跨度桥梁等，都会受到风载荷的作用，本文着重研究塔结构受风灾影响的规律，从而为工程设计提供一定的理论依据.

1 风载对传输塔的有限元分析

1.1 传输塔的有限元建模

图1 传输塔结构

该传输塔分为塔顶、悬臂、塔底、塔的中上部和中下部五部分.在对其进行建模时，采用2节点三维弹性直梁单元，梁单元的每个节点是6个自由度，除了悬臂，其余四部分均对称分布，可以先生成一个面，再生成塔主体，最后添加悬臂，建模之后传输塔共生成388个单元，126个节点，模型如图1所示:

1.2 传输塔的数值模拟分析

由于风力方向的不定性，在对传输塔进行有限元分析时，按最不利风向来计算.当然最不利风向与塔结构自身构造和所处位置相关.

首先将模型按风压高度变化系数分为4层，并分别取3级、5级、10级风压，当风向沿塔架对角线吹向塔架时，风载体型系数为μs=2.9.通过半动力分析法，经有限元软件处理得到传输塔在各种工况下的应力图与位移图:

(1)3级风基本风压0.01kN/m2，在高耸结构中修正系数为1.1，修正后的风压为0.011kN/m2，该塔在重力、电缆载荷、3级风载荷的应力及位移图:

图2 等效应力图

图3 Y方向位移图

(2)5级风基本风压0.06 kN/m2，在高耸结构中修正系数为1.1，修正后的风压为0.066kN/m2，该塔在重力、电缆载荷、5级风载荷的应力及位移图:

图4 等效应力图

图5 Y方向位移图

(3)10级风基本风压0.4kN/m2，在高耸结构中修正系数为1.1，修正后的风压为0.44kN/m2，该塔在重力、电缆载荷、10级风载荷的应力及位移图:

图6 等效应力图

图7 Y方向位移图

2 结果分析

对该模型进行数值模拟分析，得到它在以下四种工况下的最大应力和位移，如下表1所示:

表1 结果分析

表中数据表明，在不同风压时，塔架受到的风应力不同，同时随着风级的增加，风应力也在迅速的增大;另外在塔架受到的所有应力中，风载引起的应力在总应力中占有很大的比重，仅在3级风载的作用下，风应力就占到总应力的60%以上，在10级风载的作用下，风应力在总应力中的比例达到99%以上，可见在高耸结构受到的载荷中，风载荷起着主导作用，是在高耸结构中着重考虑的因素.

［1］王肇民.塔桅结构［M］.上海:同济大学出版社，1989.

［2］(GB50009－2001)建筑结构荷载规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2001.

［3］梁清香.有限元与MARC实现(第二版)［M］.北京:机械工业出版社，2005.

［4］R·克拉夫，J·彭津，王光远.结构动力学［M］.北京:科学出版社，1981.

Numerical Simulation of Transmission Tower Affected by W ind Load

SONG Jiao－jiao
(Department of Mineral Engineering，Jinzhong Vocational and Technical College，Jinzhong，030600，China)

First，we establish amodel of transmission tower.Then，finite element analysiswas carried out on the transmission tower to get the stress and deformation of this tower under thewind load，weight and cable load，and get the effect of wind load on the transmission tower.

finite element;transmission tower;wind load

O327

A

1672－2590(2015)03－0111－04

2015－04－08

宋佼佼(1984－)，女，山西晋中人，晋中职业技术学院矿业工程系助教.