大跨越输电塔风荷载计算的探讨
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＝
元 Ｂ ａ ８ 拟 ，其 余 杆 件 用 空 间 ｅｍ１９模 杆 单 元 Ｌｎ８模 拟 ，铁 塔 与 基 础 为 图 １ 输 电塔有 限元模型 ｉｋ 固接 ，并 假 设 材 料 处 于 弹 性 工 作 阶 段 。输 电塔 三 维 有 限 元 模 型 如 图 １ 。
１ ２ 模 态分 析 ．
摘 要 ：利 用 Ａ Ｓ Ｓ建 立 大 跨 越 输 电塔 结 构 的 有 限 元 ＮＹ
１２ １ ） ３０２
计算结果得 到结构的第一 自振周期 。 １６４ ，各 阶 为 ．６ ｓ
振 型 图 如 图 ２所 示 。
模 型 ，进 行 模 态 分 析 得 到 结 构 的 自振 周 期 及 振 型 ． 由 此 计 算 出铁塔各段 风振 系数 ，从 而计算 结构 的风荷 载 ，为输 电
风 荷 载是 主 要 的 控 制 性 荷 载 。 而 计 算 风 荷 载 过 程 中 ，考 虑 到脉 动风压 作用 ，计 算结 构 的风振 系数成 为 必要 。输 电塔
风荷载计算公 式 ：
Ｗ ＝８ ：ｏ （Ｆ ￡ ，
当杆 塔全 高超过 ６ １ ，风 振 系数 ： ０Ｉ 时 Ｉ 的取值 要 按照 《 建筑结构 荷载规范》 计算 。计 算风振 系数 必需要 计算 来 结构 的 自振周期 以及振 型 ， 建筑 结构荷 载规范 》 Ｇ ５０ — 《 （ Ｂ０ １ ２ ０ ） 给 出 高 耸 结 构 第 一 自振 周 期 的 估 算 公 式 ： ０１ 中
１ 铁 塔 的有 限元分 析
１ １ 有 限 元 模 型 的 建 立 ． 输 电 塔 塔 高 １４ ８ ｍ，呼 程 高 ３ ．
Ｂ类地貌计算 。 有 。 ＝１５ ， 表可以得到脉动增大系数 ．５ 查 ２６ ； 动 影 响 系数 ＝０ ８ ， 正 系数 ０ ．７脉 ．９ 修 和 ０ 根 据 不 同
２ １ 年 第 ３期 ００
第 ３ ６卷 总 第 １ ５期 ５
ｌＪ Ｉ
Ｓｉｈｕ ｎ Ｂｕｉ ｎｅ ｃ ａ ｌ ｄｉ
之材ａ Ｍ
・３ ・ ７
２ １年 ６月 ００
大 跨 越 输 电塔 风 荷 载 计 算 的探 讨
Hale Waihona Puke Baidu孔 伟 ，李 华 ，薛庆 莲
（ 北 电力 大学 建筑 工 程学 院 ，吉林 吉林 东
５ ６ ７
８
６ ３ ６ ９ ７ ５
８ ． ５８
２４ １ ８ １２ ．４ ．Ｏ ．９ ２ ４ １ ８ １ ３ ．７ ．５ ．２ ２ ２ １ ９ １ ３ ．９ ． １ ．６
塔风荷载计算提供 一些参考依据。 关 键 词 ： 大跨 越 输 电塔 ；模 态 分 析 ；风 荷 载
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ Ｍ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ ４ １ （０ ０ ３— ０ ７— ２ ６ ２— ０ １ ２ １ ）０ ０ ３ ０
０ 前
言
大跨 越输 电塔具 有 高 耸 柔性 的特 点 ，在 设 计过 程 中，
Ｔ ．： （ ． ０ ０ ０ ７—０ ０ ３ Ｈ ．１ ）
１ 阶振 型 ２阶振 型 ３阶振 型 ４阶 振 型 ５阶 振 型
图 ２ 结 构 前 ５阶振 型 图
上 述 公 式 适 用 于 具 有 连 续 变 化 外 形 和 质 量 的塔 式 结 构 ，
而输 电塔 在 横 担 部 位 存 在 几 何 尺 寸 和 质 量 的 较 大 突 变 ，若 用 上 述 公 式 估 算 结 构 的 自振 周 期 并 不 符 合 输 电 塔 结 构 的 实
＝
塔 层 查 表 确 定 ， 型 系 数 可 以根 据 各 个 塔 层 的 相 对 高 度 来 查 振 表 确 定 。 计 算 ， 段 风 振 系 数 值 加 权 平 均 后 为 １４ ， 于 经 各 ．７ 小 １６ 不 满 足 规程 要求 ， 而 要 进 行 调 整 。 构 投 影 面 积 Ｆ 由 ．， 因 结 输 电 塔 每 一 段 几 何 尺 寸 和 构 件 型 号来 计 算 。 塔 风 荷 载计 算 铁 如 表 ２所示 。
２ 结构 风 荷载 的计 算
风荷载体 型系数 和风压高度系数 可 以根据不 同塔 层的几何尺寸 以及各层 高度 来查 表确定。 风振系数 ＝１＋
舂 Ｏ０咖 ／ ：输 电塔 基 本 风 压 为 （ ＝０ ５ Ｎ ／ ｎ ， 照 ８ｖ ： ， ｇ ｃ Ｊ 。 ．６ｋ ｌ按
际情 况 ’ 。本文利用 有 限元程 序 Ａ Ｓ Ｓ对某 一大跨 越 输 ＮＹ 电塔建立 三维有 限元数值 模 型 ，研究 其动 力特 性从 而计 算 出结 构 的 自振 周 期 ，进 行 输 电塔 风 荷 载 的 计 算 。
塔 层 高 度 ｚ ｍ） （
１ ２ ３ ４ １ ４ ２ ８ ４ ２ ５ ４
口 调 整 后
２ ３ １ １ １ ０ ． ８ ． ｌ ．４ ２ ３ １ ３ １ １ ．７ ．９ ． １ ２４ １５ １ １ ．０ ． ８ ．６ ２ ３ １ ７ １ ２ ．４ ． １ ．４ １２ ．０ １３ ．０ １３ ．５ １４ ．０
表 ２ 结 构 风 荷 载 计 算 表
１ ３ｍ，塔主材用 Ｑ ４ １ ３ ５钢 ，其余 材
料 为 Ｑ ３ 材 ，材 料 为 角 钢 截 面 。 ２ ５钢 密 度 ｐ ＝７ ８０ ｋ／ Ｐ ，弹 性 模 量 ５ ｇ Ｍ ａ
Ｅ ＝２０ ． ６×１ Ｍ ａ ０ Ｐ ，结 构 阻 尼 比 ∈
Ｆ Ｉ （ Ｎ） （ｌ ） ｌ ｋ
２． ８ ５ ５ ２． ０ ５ ２ ２． ５ ３ ６ ２１ Ｏ ．１ ４ ． ５ ４１ ６ ．４ Ｏ４ ６ ．Ｏ ７ ８ ６ ．９ ６ １
００ ，考 虑 到 铁 塔 中 的 垫 板 、螺 ．５ 栓 以及 节 点 板 的质 量 ，材 料 的密 度 放 大 １４ ．５倍 。 塔 主 材 用 空 问 梁 单
元 Ｂ ａ ８ 拟 ，其 余 杆 件 用 空 间 ｅｍ１９模 杆 单 元 Ｌｎ８模 拟 ，铁 塔 与 基 础 为 图 １ 输 电塔有 限元模型 ｉｋ 固接 ，并 假 设 材 料 处 于 弹 性 工 作 阶 段 。输 电塔 三 维 有 限 元 模 型 如 图 １ 。
１ ２ 模 态分 析 ．
摘 要 ：利 用 Ａ Ｓ Ｓ建 立 大 跨 越 输 电塔 结 构 的 有 限 元 ＮＹ
１２ １ ） ３０２
计算结果得 到结构的第一 自振周期 。 １６４ ，各 阶 为 ．６ ｓ
振 型 图 如 图 ２所 示 。
模 型 ，进 行 模 态 分 析 得 到 结 构 的 自振 周 期 及 振 型 ． 由 此 计 算 出铁塔各段 风振 系数 ，从 而计算 结构 的风荷 载 ，为输 电
风 荷 载是 主 要 的 控 制 性 荷 载 。 而 计 算 风 荷 载 过 程 中 ，考 虑 到脉 动风压 作用 ，计 算结 构 的风振 系数成 为 必要 。输 电塔
风荷载计算公 式 ：
Ｗ ＝８ ：ｏ （Ｆ ￡ ，
当杆 塔全 高超过 ６ １ ，风 振 系数 ： ０Ｉ 时 Ｉ 的取值 要 按照 《 建筑结构 荷载规范》 计算 。计 算风振 系数 必需要 计算 来 结构 的 自振周期 以及振 型 ， 建筑 结构荷 载规范 》 Ｇ ５０ — 《 （ Ｂ０ １ ２ ０ ） 给 出 高 耸 结 构 第 一 自振 周 期 的 估 算 公 式 ： ０１ 中
１ 铁 塔 的有 限元分 析
１ １ 有 限 元 模 型 的 建 立 ． 输 电 塔 塔 高 １４ ８ ｍ，呼 程 高 ３ ．
Ｂ类地貌计算 。 有 。 ＝１５ ， 表可以得到脉动增大系数 ．５ 查 ２６ ； 动 影 响 系数 ＝０ ８ ， 正 系数 ０ ．７脉 ．９ 修 和 ０ 根 据 不 同
２ １ 年 第 ３期 ００
第 ３ ６卷 总 第 １ ５期 ５
ｌＪ Ｉ
Ｓｉｈｕ ｎ Ｂｕｉ ｎｅ ｃ ａ ｌ ｄｉ
之材ａ Ｍ
・３ ・ ７
２ １年 ６月 ００
大 跨 越 输 电塔 风 荷 载 计 算 的探 讨
Hale Waihona Puke Baidu孔 伟 ，李 华 ，薛庆 莲
（ 北 电力 大学 建筑 工 程学 院 ，吉林 吉林 东
５ ６ ７
８
６ ３ ６ ９ ７ ５
８ ． ５８
２４ １ ８ １２ ．４ ．Ｏ ．９ ２ ４ １ ８ １ ３ ．７ ．５ ．２ ２ ２ １ ９ １ ３ ．９ ． １ ．６
塔风荷载计算提供 一些参考依据。 关 键 词 ： 大跨 越 输 电塔 ；模 态 分 析 ；风 荷 载
中图 分 类 号 ：Ｔ ５ Ｍ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１７ ４ １ （０ ０ ３— ０ ７— ２ ６ ２— ０ １ ２ １ ）０ ０ ３ ０
０ 前
言
大跨 越输 电塔具 有 高 耸 柔性 的特 点 ，在 设 计过 程 中，
Ｔ ．： （ ． ０ ０ ０ ７—０ ０ ３ Ｈ ．１ ）
１ 阶振 型 ２阶振 型 ３阶振 型 ４阶 振 型 ５阶 振 型
图 ２ 结 构 前 ５阶振 型 图
上 述 公 式 适 用 于 具 有 连 续 变 化 外 形 和 质 量 的塔 式 结 构 ，
而输 电塔 在 横 担 部 位 存 在 几 何 尺 寸 和 质 量 的 较 大 突 变 ，若 用 上 述 公 式 估 算 结 构 的 自振 周 期 并 不 符 合 输 电 塔 结 构 的 实
＝
塔 层 查 表 确 定 ， 型 系 数 可 以根 据 各 个 塔 层 的 相 对 高 度 来 查 振 表 确 定 。 计 算 ， 段 风 振 系 数 值 加 权 平 均 后 为 １４ ， 于 经 各 ．７ 小 １６ 不 满 足 规程 要求 ， 而 要 进 行 调 整 。 构 投 影 面 积 Ｆ 由 ．， 因 结 输 电 塔 每 一 段 几 何 尺 寸 和 构 件 型 号来 计 算 。 塔 风 荷 载计 算 铁 如 表 ２所示 。
２ 结构 风 荷载 的计 算
风荷载体 型系数 和风压高度系数 可 以根据不 同塔 层的几何尺寸 以及各层 高度 来查 表确定。 风振系数 ＝１＋
舂 Ｏ０咖 ／ ：输 电塔 基 本 风 压 为 （ ＝０ ５ Ｎ ／ ｎ ， 照 ８ｖ ： ， ｇ ｃ Ｊ 。 ．６ｋ ｌ按
际情 况 ’ 。本文利用 有 限元程 序 Ａ Ｓ Ｓ对某 一大跨 越 输 ＮＹ 电塔建立 三维有 限元数值 模 型 ，研究 其动 力特 性从 而计 算 出结 构 的 自振 周 期 ，进 行 输 电塔 风 荷 载 的 计 算 。
塔 层 高 度 ｚ ｍ） （
１ ２ ３ ４ １ ４ ２ ８ ４ ２ ５ ４
口 调 整 后
２ ３ １ １ １ ０ ． ８ ． ｌ ．４ ２ ３ １ ３ １ １ ．７ ．９ ． １ ２４ １５ １ １ ．０ ． ８ ．６ ２ ３ １ ７ １ ２ ．４ ． １ ．４ １２ ．０ １３ ．０ １３ ．５ １４ ．０
表 ２ 结 构 风 荷 载 计 算 表
１ ３ｍ，塔主材用 Ｑ ４ １ ３ ５钢 ，其余 材
料 为 Ｑ ３ 材 ，材 料 为 角 钢 截 面 。 ２ ５钢 密 度 ｐ ＝７ ８０ ｋ／ Ｐ ，弹 性 模 量 ５ ｇ Ｍ ａ
Ｅ ＝２０ ． ６×１ Ｍ ａ ０ Ｐ ，结 构 阻 尼 比 ∈
Ｆ Ｉ （ Ｎ） （ｌ ） ｌ ｋ
２． ８ ５ ５ ２． ０ ５ ２ ２． ５ ３ ６ ２１ Ｏ ．１ ４ ． ５ ４１ ６ ．４ Ｏ４ ６ ．Ｏ ７ ８ ６ ．９ ６ １
００ ，考 虑 到 铁 塔 中 的 垫 板 、螺 ．５ 栓 以及 节 点 板 的质 量 ，材 料 的密 度 放 大 １４ ．５倍 。 塔 主 材 用 空 问 梁 单