1、大跨越输电塔电梯井道在静风载荷下的受力分析第 29 卷第 4 期2009 年 8 月苏州大学(工科版)JOURNALOFSUZHOUUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCEEDITION)Vo1.29No.4Aug.2009文章编号:1673047X(2009)一 04003003大跨越输电塔电梯井道在静风载荷下的受力分析史耀虎,高强,任超,许扬,魏旭,刘贞瑶(1.苏州大学机电工程学院,江苏苏卅 I215021;2.江苏省电力试验研究院有限公司,江苏南京 210036)摘要:以某大跨越工程为背景,利用 ANSYS 有限元分析软件对大跨越输电塔及其电梯井道进行了受力分析,得到电
2、梯井道在承受风载荷情况下的受力及变形情况,结果验证了此大跨越塔的设计符合规范的要求.关键词:大跨越输电塔;电梯井道;风载荷;有限元法中图分类号:TO311 文献标识码:A0 引言高压输电塔是应用极广的,重要的电力工程设施.电梯井道作为跨越塔的重要部分,主要供运行检修人员携带工具上塔检修铁塔结构和电器设备之用.此外,大跨越输电塔的电梯井道,其质量,刚度以及与跨越塔架的连接关系直接影响到整个结构的风振效应.本文在某大跨越输电塔模型的基础上对该大跨越输电塔电梯井道部分进行了有限元建模,并在承受静风载荷的情况下进行了受力分析,结果表明此大跨越输电塔的设计符合国家规范的要求.1 静态分析本文运用 ANS
3、YS 建立该大跨越输电塔及电梯井道有限元模型及力学分析.静力学结构分析是计算结构在固定不变的载荷作用下的响应,用于求解静力载荷作用下结构的位移和应力.F=KU(1)式中:F输电塔节点风载荷;输电塔结构的总体刚度矩阵;输电塔节点位移向量.2 有限元建模2.1 平均风载荷的计算风由脉动风和平均风两部分构成.在平均风作用下,结构产生侧移,一般采用静力分析方法;在脉动风作用下,结构产生风振效应,必须采用动力分析的方法.本文仅讨论塔架在平均风作用下的响应,即静力作用效应.地面的摩擦对空气的水平运动产生阻力,从而使气流速度减慢.该作用随着高度的增加而减弱,当超过某一高度后该作用可以忽略不计,称这一高度为大
4、气边界层高度.在此高度范围内的平均风速沿高度变化可收稿日期:20090314作者简介:史耀虎(1986 一),男,硕士研究生,主要研究方向非线性动力学.基金项目:大跨越杆塔和输电线动力学分析项目(编号 HX09009).第 4 期史耀虎,高强,任超,等:大跨越输电塔电梯井道在静风载荷下的受力分析 3l以用对数律或指数律描述,我国建筑结构荷载规范(GB50009-2001)采用指数分布式:,口v(z)=ll(2),u,式中:-i(z) z 高度处的平均风速;,.10m 参考高度处的平均风速;地面粗糙度系数.建筑结构荷载规范把地貌分为 A,B,c,D 四类(表 1),不同的地貌对应于不同的地面粗糙
5、度系数及相应的梯度风高度.包围在地球外部的一层气体总称为大气或大气圈,大气圈以地球的水陆表面为其下界,称为大气层的下垫面.该跨越塔的下垫面性质属于 B 类,建筑结构荷载规范中把 B 类地貌高度 50 年一遇1O 分钟的最大平均风速作为该地区的基本风速.表 1 各类地貌下的粗糙度系数和梯度风高度类建筑结构荷载规范规定,计算平均风压的公式为:().式中:建筑物所在地区的基本风压;风压的结构体型系数,由我国风荷载规范确定;z)风压高度变化系数 ,它考虑了地面粗糙度及风速随高度变化的影响 .比)=352式中,仅,日为任意地貌的粗糙度系数及梯度风高度,参见表 1.此跨越塔共分 11 层,每层的高度分别见
6、表 2.表 2 跨越塔层高(3)(4)承风面包括绝缘子部分,输电塔部分,电梯井部分,分别计算出承风面的面积及对应承风面上的风载荷,然后折算为节点载荷,施加于输电塔的模型上(图 1),进行静力学计算.2.2 大跨越塔的有限元模型此大跨越输电塔为全钢结构,在建模时,输电塔全部构件选用 Beam188 梁单元,Beam188 梁单元非常适合大角度扭转和非线性大应变问题;电梯井道部分使用 Shell63 单元,Shell63 是薄壳单元,它包含弯曲和薄膜效应,忽略横向剪切变形.模型中电梯井道的半径为实际输电塔内外径的平均值1800mm,厚度为 100mm.利用 ANSYS 的 GUI 操作在输电塔模型
7、的基础上进行对电梯井道的实体建模.2.3 结构受力分析在不考虑导(地) 线对输电塔结构影响的前提下进行静力学分析,得到输电塔在平均风载荷作用下的变形图(图 2),以及跨越塔电梯井的最大位移和变形图(图 3),表 3 列出了大跨越输电塔电梯井在不同网格边长下的最大位移.根据表 3 绘制电梯井单元边长一最大位移曲线(图 4),在单元边长为 100mm 时,得到最大位移值 539.6mm.图 4 曲线说明了随着划分网格的边长的减小,电梯井的最大位移趋于收敛.苏州大学(工科版) 第 29 卷表 3 大跨越输电塔电梯井的不同网格边长的最大位移单元边长(ElementEdge)/mm 最大位移(Max)/
8、mm15000100HD05oo01O0O5OHD10o525.8533.1541540.454O539.6图 1 大跨越输电塔风载荷图 2 大跨越塔在风载荷作用下的变形图 3 电梯井在风载荷作用下的变形单兀边长/mm图 4 电梯井单元数与最大位移曲线架空送电线路杆塔结构设计技术规定(DLT5154-2002)中规定了在荷载的长期效应组合(无水,风速为 5m/s 及年平均气温)作用下,自立式塔架的计算挠曲度 (不包括基础倾斜和拉线点位移)不应超过3h/l000,其中 h 为自地面起至计算高度.大跨越输电塔的全高为 249.5m,跨越塔在安全范围内的最大挠曲度应小于 748.5mm,由图 2 可
9、以得出此跨越塔的设计符合规范要求.同时电梯井的最大位移为 539.6mm.3 结论本文使用有限元法对某大跨越输电塔及其电梯井道进行建模及结构静风载荷分析,得出了塔在划分单元边长为 100mm 时的最大位移为 539.6ram,并验证了跨越塔的设计的合理性,对于输电塔的设计和以后的动态特性研究有一定的参考意义.参考文献1李宏男,王前信 .大跨越输电塔体系的动力特性J.土木工程,1997,30(5):28 36.2郝文化 ,肖新标,沈火明,等.ANSYS7.0 实例分析与应用 M.北京:清华大学出版社,2004:8.(下转第 44 页)uJ,迥堪苏州大学(工科版) 第 29 卷(2)冬季的太阳辐射
10、中,直辐射在总辐射中占的比例是很大的.也就是说散射辐射所占比例是很小的,所以在冬季气温对太阳辐射的影响是小的,主要是天气情况影响太阳辐射.(3)太阳辐射热是太阳能热水器的主要热源,在冬季直辐射是其主要的影响因素,晴天和阴雨天的直辐射量差距也很大.(4)太阳能热水器在冬季的水温偏低,很多时候不能满足需要,因此在太阳能热水器上加装辅助电加热设备在一定程度上能缓解这个问题.参考文献1李晓文,李维亮 ,周秀骥.中国近 30 年太阳辐射状况研究J.应用气象,1998,9(1):2431.2杜春丽,沈新勇 ,陈渭民.43a 来我国城市气候和太阳辐射的变化特征J. 南京气象学院.2008,31(2):200
11、2073周晋,晏刚 ,吴业正.北京地区的太阳辐射分析J.太阳能,2005,26(5):712 716.4王磊石,杨丽丽 .2006 年沈阳市太阳及紫外线辐射量变化分析J.中国卫生检验杂志,2008,18(4):677680.ResearchontheInfluencesonSolarRadiationtoSolarWaterHeaterHeat.transferWangJunqi 一,ZhangXinxing,ChenYuji,WeiQi(1.DepartmentofElectricityandAutomation,NanjingInstituteofIndustryandTechnology
12、,Nanjing210046,China;2.DepartmentofThermalPowerandEngineering,SchoolofPhysicalScienceandTechnology,SuzhouUniversity,Suzhou215006,China)Abstract:ThesunradiationwhichmakesuseofthemonitorsystemoftheAPC-2sunradiationtoregioninSuzhoucarriesonfollowingatestinarowinthearticle,andtheexperimentdatawascarried
13、onprocessinganalytical,COB-binedahomologousweathercircumstancepointtoanalyzeregioninSuzhouwinterthesunradiationofvarietyregula.tionandthesunradiatetogathertheinfluenceofhotfunctioncurrentlytomorepopularvacuumtubesolarenergywaterheater.Conclusionwasimportanttosolarutilization.Keywords:solarwaterheate
14、rwithvacuumglasscoveredboard;solarradiation;heatcollection(上接第 32 页)StressAnalysisofWellHoleofLongSpanTransmissionTowerunderStaticWindLoadShiYaohu,GaoQiang,RenChao,XuYang,WeiXu,LiuZhenyao(1.SchoolofMechanicalandEltricalEngineering,SuzhouUniversity,Suzhou215021,China;2.JiangsuElectricPowerTestandRese
15、archInstituteInc,Nanjing210036,China)Abstract:AfiniteelementmodelofalongspantransmissiontowerwithwellholebuihbyANSYS,andresultsofstressanalysisanddeformationofthewellholeofthetransmissiontowerunderthestaticwindloadisshown.There.suitsdemonstratethatthedesignofthelongspantransmissiontouerisqualifiedaccordingtothespecification.Keywords:longspantransmissiontower;elevatorwellhole;windload;finiteelementmethod
