《受力分析计算》PPT课件.ppt

整体起立各部受力计算和分析,杆塔整体起立施工设计中，需要考虑的各部主要受力有： （1） 固定钢绳（千斤绳）的受力； （2）总牵引钢绳的受力； （3）抱杆本身的受力； （4）制动钢绳（攀根）的受力； （5）临时拉线（横绳）的受力。,4.5 整体起立各部受力计算和分析,一般施工计算中，并不要求杆塔起立全部过程中各部受力，只要根据起立瞬间各部静力分析，换算出各部最大受力值，连乘以动荷系数、不平衡系数、及钢绳安全系数作为各部所承受的综合计算力。各种起重索具之容许作用力要等于或小于它们各自综合计算力。,整体起吊布置简化单线图,起立瞬间各部静力计算,砼杆重心高度H0的计算,等径杆荷重为均匀分布，而拔稍杆荷重为非均匀分布。,吊绳受力的合力F1的计算,吊绳合力 分吊绳受力,抱杆受力N及总牵引钢绳受力F2的计算,制动钢绳静力T0的计算,解方程,临时拉线受力t的计算,拔梢杆、宽基铁塔 等径杆、窄基铁塔 35kV 110kV,双杆整立时设备受力的计算,当整立双杆时可将双杆化为单杆，计算杆塔重量按双杆总重一半，抱杆受力和牵引钢绳受力只要将按单杆计算数值乘2即得，而吊绳受力还要进行换算。 换算的原则是：单杆计算时的吊绳是按投影长度考虑的，而实际吊绳长度 要长，故吊绳受力也要按比例增加。,双杆整立时设备受力的计算,设抱杆有效高度为 ，初始倾角为 ，吊绳与杆身初始角为 ，则吊绳的投影长度为:,双杆根开为 时，吊绳实际长度 为：,吊绳实际受力 为：,。,也可用图解法，矩形三角形一条直角边为 ，另一条直角边为 ，则斜边即为 。,杆塔整立过程中，杆塔承受着自重（包括均布和集中荷重）、固定点反力、支点反力等荷重，使杆（塔）身产生主弯矩、附加弯矩、轴向力和剪切力。由于剪切力对杆塔强度影响很小，通常不必验算。 主弯矩是由杆身自重、杆身支座反力及吊绳张力的垂直杆身的分力产生的，它是杆塔的主要荷重，一般占杆塔构件全部应力的7080；附加弯矩是由杆身支座反力、吊绳及制动钢绳张力的平行杆身分力，没有作用在杆身轴线方向而引起的偏心弯矩，在普通杆塔施工中它对杆塔强度影响较小；轴向力由杆身自重、杆身支座反力及吊绳张力的平行杆身分力产生的，它对杆塔强度的影响，与主弯矩相比要小得多。,杆（塔）身强度验算,主要有以下四个方面的计算 （1）杆身主弯矩计算 （2）杆身轴向力的计算 （3）轴向力产生的偏心弯矩的计算 （4）杆塔强度验算,杆（塔）身强度验算,杆（塔）身强度验算,（1）杆身主弯矩计算 1）等径杆单点固定主弯矩数解法 图4-78为单点固定整立混凝土单杆时杆身受力示意图。图中： q为杆身自重（均布荷重）；P1 、P2 为横担、金具等的集中荷载； F1为吊绳受力；RY为杆身支座垂直杆身轴线的分力；Oc1 距离为H ； c1j1为 h1；c1K 为h3 ；clj2 为h2 ； 为砼杆起立过程中砼杆和地面夹角。则有：,杆（塔）身强度验算,（1）杆身主弯矩计算 1）等径杆单点固定主弯矩数解法 Oc1 段主弯矩为 这段弯矩极大值发生在 对取导数并等于零的位置，即,杆（塔）身强度验算,（1）杆身主弯矩计算 1）等径杆单点固定主弯矩数解法 Kcl段主弯矩：可从另一端起算在K向j1 段按 增大；在 j1j2段，还应加入力矩 ；在 j2c1段则还应加入力矩 。这力矩是逐级增加的，所以最大值发生在C1点,杆（塔）身强度验算,（1）杆身主弯矩计算 3）多点固定起立主弯矩计算特点 两点固定则求出两个固定点的垂直杆身分力，如图4-81所示。两固定点之间弯矩则成为自重弯矩和两部分集中力（支座反力及 c1点反力）弯矩之差值图4-82 。多点固定则依次类推。,杆（塔）身强度验算,（1）杆身主弯矩计算 3）多点固定起立主弯矩计算特点 两点固定则求出两个固定点的垂直杆身分力，如图4-81所示。两固定点之间弯矩则成为自重弯矩和两部分集中力（支座反力及 c1点反力）弯矩之差值图4-82 。多点固定则依次类推。,杆（塔）身强度验算,（1）杆身主弯矩计算 4）双杆杆身主弯矩计算特点 整立双杆时，除了垂直荷重对杆身产生弯矩外，由于吊绳在双杆平面内产生一指向双杆中心轴线的分力F1-2 ，如果绑扎点无补强横木或横担来承受这个分力，则使杆身产生一个横向弯矩M2 ，这时杆身主弯矩为 M1和 M2合成组成，两者相差90，故主弯矩M为,杆（塔）身强度验算,（3）轴向力产生的偏心弯矩的计算 偏心弯矩是由于吊绳、制动钢绳和砼杆绑扎时偏心，轴向分力不作用在杆身轴心而引起。偏心弯矩的计算式为 Me0=N*e0 式中 Me0 偏心弯矩，Nm； N 轴向力，N； e0 偏心距，m。 不同连接方式时偏心距的计算方法不同。砼杆和钢绳间用穿心螺栓连接时，偏心距e0 =0 。砼杆和钢绳间绑扎时，制动绳在起立初始位置时，一般假定偏心距e0 =1/3D （D为砼杆外径）。当砼杆入底盘后，则偏心距 e0 =1/2D 。 注：弯矩叠加时，要注意方向和符号。,杆（塔）身强度验算,（4）杆塔强度验算 1）按弯矩验算砼杆强度 砼杆整立过程中砼杆强度，主要是受弯矩控制的。若砼杆极限抗弯强度为MP ，整立过程中综合弯矩为M ，则其比值应满足 式中 K砼杆整立过程中的强度安全系数。 根据架空送电线路设计技术规程规定：普通钢筋混凝土构件强度设计安全系数，不应小于1.7；预应力混凝土构件强度设计安全系数，不应小于1.8。在砼杆整立施工中， 可取1.82.5（一般可取2.0）。 常用环形断面钢筋混凝上杆的极限抗弯强度可由图表查得。,杆（塔）身强度验算,（4）杆塔强度验算 2）综合弯矩计算 电杆综合弯矩M应是主弯矩和偏心弯矩的矢量和，其值的计算式为 其中 式中 M1 主弯矩的纵向分量，Nm； M2 主弯矩的横向分量，此值一般不很大，往往被忽略，Nm； MP 考虑钢筋砼杆长细比、制造及安装误差后的偏心弯矩，Nm； e0 施工中固定、制动钢绳绑扎时偏心距，m； yX 考虑制造、安装引起的杆身初挠度 （y0 按 程规定取y0= 2l0/1000 ），m； yi 钢筋砼杆计算挠度； 偏心距增大系数。 有时为了确保钢筋混凝土杆在整立过程中不出现裂缝，还需要进行裂缝计算 。,杆塔整立状态作图方法,单点固定整立杆塔作图,单点固定整立杆塔作图方法,两点固定整立杆塔作图,两点固定整立杆塔,杆塔整立过程各种设备受力计算,杆塔整立施工方案设计需计算吊绳受力F1 、牵引钢绳受力F2 、抱杆受力N 、制动钢绳受力T等。 这些力的计算，可以用图解法，也可以用数解法，这里重点介绍数解法。 数解法是利用力系平衡原理来推导出各设备受力的计算公式。这里以单点固定举例说明。,杆塔整立过程各种设备受力计算,当单杆起立至某个起立角 时，单点固定各设备受力如图3-24所示。,1）吊绳受力F1 的计算公式。取各力对杆身支点O的力矩为0，推导出吊绳受力F1 的计算公式为：,杆塔整立过程各种设备受力计算,2）制动钢绳 的受力计算公式为,杆塔整立过程各种设备受力计算,3）抱杆受力N和牵引钢绳受力F2 的计算公式为,式中 HO 杆塔重心至杆身支点O的距离，m； H 杆身固定点C1至杆身支点O的距离，m； G0 杆塔质量，kg； 杆身与地面夹角； 抱杆与地面夹角； 牵引钢绳与地面夹角。,各设备受力与杆塔起立角 的关系,杆塔起立过程中，杆塔本身的内力与各主要起吊工器具的受力，随着杆塔起立角 的变化，按一定规律不断改变。发生极大值的位置和确定极大值数值对正确选择工器具，保证杆塔可靠、安全整立有重要意义。 （1）吊绳受力F1与杆（塔）身起立角的关系 对数解法求出的 的表达式求导，并使 ，可得到F1max 和出现最大值时 角的表达式。经分析可知： 1）发生F1max 时值位置由抱杆参数（抱杆座落点位置 、抱杆有效高度 、抱杆初始角 ）确定的，在0 K（ K为抱杆失效时抱杆起立角），一般情况 =1035之间。 2） F1max与F10初始值 之比，在1.011.15之间。,各设备受力与杆塔起立角 的关系,（2）牵引钢绳受力F2与杆身起立角的关系 用同样分析方法可求得F2max表达式。经分析可知： 1） 是锅底形曲线；开始时F2随增大而减小；在失效前又开始上升；到抱杆失效时, F2又达到另一个峰值，随后较快下降。故F2 的极大值发生在0或 K时刻。 2）a/h较大时, F2下降速度放慢，0 对F2 影响也基本相同。a 是抱杆落脚点与支点O间距离，即说明抱杆前移较多，牵引钢绳受力下降变慢。 3）在 h/H、 0不变时，只要调整a/h 值，就能保证 0时的 F20于抱杆失效时的F2K ，即F20 F2K 。 4）h/H较小时 曲线下降速度较快，H是支点到吊绳绑扎点（或合力线与杆身交点）之间的距离，即说明杆塔绑固点一定时，抱杆越高，牵引钢绳受力下降速度较快。,各设备受力与杆塔起立角 的关系,（3）抱杆受力N与杆身起立角关系 由分析得知，抱杆受力N的极大值发生在整立的初始状态，即 0时。随砼杆起立而下降，而后又上升。 （4）制动钢绳受力 与杆身起立角 关系 由分析得知 即T由两部分组成，第一部分R，随增大而增大，与现场布置无关；第二部分P是吊绳产生的轴向压力，与F1的变化有关。 制动钢绳受力随 增大而增大，知道制动钢绳失去作用。,各设备受力与杆塔起立角 的关系,（5）杆身弯矩M与杆身起立角的关系 杆身弯矩包括两部分：第一部分是垂直杆身轴线的荷重产生的主弯矩， =0时占总弯矩 的8090，它随的增大按余弦关系下降；第二部分为轴向力偏心作用产生的附加弯矩。 在刚开始起吊时，不一定是极大值位置，而是随的增大而略有增加，到 =2030后才开始明显下降，故M极大值的位置一般发生在0 30的位置。,内 容 小 结,外拉线抱杆分解组塔,教学要求 了解外拉线抱杆分解组塔的特点 掌握外拉线抱杆分解组塔的整体布置方法 掌握外拉线抱杆分解组塔的操作方法 掌握外拉线抱杆分解组塔各设备的受力计算和分析 教学重点 外拉线抱杆分解组塔的整体布置方法 外拉线抱杆分解组塔的操作方法 外拉线抱杆分解组塔各设备的受力计算和分析 教学难点 外拉线抱杆分解组装铁塔过程中各设备的受力计算,外拉线抱杆分解组塔,一、概述 外拉线抱杆分解组立铁塔施工方法，是利用铁塔分段的特点。先用外拉线抱杆把铁塔最低层一段组装起来，固定在基础上。然后，把外拉线抱杆上升，固定在已经组装好的一段铁塔上，再组装上一段铁塔。这样，使用一副外拉线抱杆，就能把铁塔分段，按照由塔腿至塔头的顺序，分解组立起来。 外拉线抱杆分解组塔的所用抱杆的长度只要满足吊装全铁塔最高的一段的要求，故组立几十米高的铁塔，仅用78米、最长也不超过1113米的抱杆即可。,外拉线抱杆分解组塔,一、概述 因此，组塔设备轻巧，安装简单迅速。但由于分解组塔，要一吊一吊地在高处进行安装，如图325所示。因此，施工时要格外细心，要由较高技术和熟练的工人，严格遵守有关安全工作规程，进行塔上高处作业。 外拉线抱杆分解组塔从使用抱杆数量上来划分，可分为外拉线单抱杆组塔、外拉线双抱杆组塔和四根抱杆组塔三种；从起吊构件的分段上划分，可分为分段起吊组塔法、分片起吊组塔法和单腿起吊组塔法三种。各种方法现场布置、施工工艺和受力计算基本相同。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 1、整体布置 外拉线抱杆分解组塔的现场布置都是以一根抱杆为中心组成一个起吊系统，或用两副抱杆各自系住一个构件的两端部，同时进行起吊安装。图3-26为外拉线抱杆分解组立铁塔的现场布置示意图。 在现场布置的要求如下： 1）将抱杆置于带脚钉的塔腿上即图3-26 (b)中D腿,以利抱杆根部固定； 2）临时拉线地锚应位于基础对角线的延长线上，其距基础中心的距离应不小于塔高； 3）放置抱杆的塔腿的临时拉线及地锚应加强； 4）牵引机具地锚应选在AB腿或BC腿之间的方位上，其与塔位中心的距离应视塔高而定，一般不应小于25米。,34,外拉线抱杆分解组塔,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 2抱杆 （1）抱杆的长度 抱杆的长度应按同类型铁塔最高的一段确定，对于酒杯型、猫头型等铁塔，则应按塔颈段高度而定。根据施工实践，抱杆的长度 ，常用抱杆长度为713m。 （2）抱杆的构造 抱杆由头部、身部和根部三部分组成。抱杆的头部系有四根外拉线以稳定整根抱杆，在靠近外拉线绑扎处，系有起吊滑车。抱杆的顶端焊接四块钢板，四根外拉线用 型螺栓连接。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 2抱杆 抱杆的根部，在组装铁塔腿部时，座落在地面上；在抱杆提升后，组装上部各段时，都座落在铁塔的主材上。为了使抱杆座落牢靠，绑扎方便，木质抱杆的根部加工成图3-27的形状。将木抱杆根部削去高70mm、宽20mm，并在削去部位用扒钉固定一条3分短钢绳。钢绳的长度由抱杆根径决定，其原则应使钢绳能在铁塔主材上绑扎两道以上(长度一般不应短于l.52.0m)，钢绳的两端插套，并带一个 型挂钩。另外应在离抱杆根部500800mm处，固定两个 型套环，供提升抱杆时使用。 钢管抱杆和角钢组合断面抱杆的根部位置，也要根据不同情况固定一根钢绳，以便绑扎固定抱杆根部用。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 3.外拉线 外拉线起着固定抱杆的作用。由于抱杆在起吊塔材（分段、分片、分脚）过程中，有一定倾角，同时起吊塔材时，为防止塔材与塔身相碰，也需要设置调节大绳，向外拉塔材，故外拉线受力较大。外拉线一端固定于抱杆顶端，另一端通过调节拉线长度装置（如制动器）固定在临时地锚上。因此外拉线一般由拉线、拉线长度调节装置、地锚三部分组成。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 3.外拉线 （1）拉线 拉线所用钢丝绳直径应根据拉线受力大小来选定，直径一般不小于4mm。拉线通常采用四根，成十字形布置，拉线与地面的夹角应在30 50 之间。 外拉线布置原则是：要使抱杆在倾斜起吊时有两根拉线同时受力，避免一根拉线单独受力的不利情况。如图3-26所示。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 3.外拉线 （1）拉线 拉线所用钢丝绳直径应根据拉线受力大小来选定，直径一般不小于4mm。拉线通常采用四根，成十字形布置，拉线与地面的夹角应在30 o50o 之间。 外拉线布置原则是：要使抱杆在倾斜起吊时有两根拉线同时受力，避免一根拉线单独受力的不利情况。如图4-95所示。 分段起吊时，抱杆固定在主材的外侧，起 吊不同段时抱杆位置只有上下移动。因此，拉线布置时以抱杆顶部在地面投影点为中心，拉线与顺、横线路方向成45夹角布置；分片、单根起吊时抱杆均固定在一根主材里侧，在起吊不同塔片、主材时，抱杆倾角和方向不一样，分片起吊时可按塔位中心为中心，单根起吊时可按抱杆吊装对角主材时抱杆顶部投影地面的一点为中心，拉线与顺、横线路方向成45夹角布置，但单根起吊时最好采用两组拉线的布置方式。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 4起吊系统 将牵引钢绳的一端绑扎住被起吊塔材，然后从塔身外部穿过安置在抱杆顶部的起吊滑车，再顺着抱杆依次通过腰滑车和位于塔身底部的转向滑车，最后引至牵引动力。起吊系统如图4-98所示。 起吊滑车固定在抱杆顶端，外拉线的下部，起吊滑车应转向灵活，绑固牢靠。,外拉线抱杆分解组塔,二、现场布置 4起吊系统 一般情况下，牵引钢绳自起吊滑车顺着抱杆直至转向滑车。但是，当抱杆倾角较大或塔身坡度较大时，在抱杆根部系一个腰滑车，使牵引钢绳顺着抱杆，经腰滑车再顺塔身坡度至转向滑车，这样可以减少抱杆的水平分力(亦即减少外拉线的受力)。腰滑车的受力不大，选用0.51吨的起重滑车做腰滑车即可。 转向滑车都系在铁塔基础的外露部位，为了防止受力后把混凝土挤坏，应在绑钢绳套处垫以木板、草袋。对于塔脚落地式铁塔，则应系在主材露出地面处。若受力较大，绑在一根主材上容易使之弯曲，可同时系到两个塔腿的主材上。转向滑车的受力，可按1.411.60倍最大起吊重量估算。 外拉线分解组塔起吊重量一般不超过1.5吨，因此，都将牵引钢绳直接连到牵引设备上。,外拉线抱杆分解组塔,三、外拉线抱杆分解组塔操作方法 1地面对料组装 根据地形考虑吊装的方向和吊装的方便；先吊装的先对料，并放在基础附近；先选主材置于塔基两侧，主材下部指向基础，然后再将连接板、斜材、水平材按图纸组装；连接时，应注意连接螺栓规格和规定方向；各吊随带的水平材、斜材、辅助材要求带全。 2抱杆始放及起立 分片、分腿吊装时，应将抱杆立于塔位中心，抱杆可用叉杆起立或小人字抱杆整立。按图3-29布置，利用牵引设备，通过滑轮组，先后将两侧腿部塔片起吊。,外拉线抱杆分解组塔,三、外拉线抱杆分解组塔操作方法 1地面对料组装 根据地形考虑吊装的方向和吊装的方便；先吊装的先对料，并放在基础附近；先选主材置于塔基两侧，主材下部指向基础，然后再将连接板、斜材、水平材按图纸组装；连接时，应注意连接螺栓规格和规定方向；各吊随带的水平材、斜材、辅助材要求带全。 2抱杆始放及起立 分片、分腿吊装时，应将抱杆立于塔位中心，抱杆可用叉杆起立或小人字抱杆整立。按图3-29布置，利用牵引设备，通过滑轮组，先后将两侧腿部塔片起吊。,外拉线抱杆分解组塔,三、外拉线抱杆分解组塔操作方法 中小型铁塔塔腿可采用人工组立，如图330所示。 分段起吊时，应将抱杆置于塔基外。两侧底部塔片，可用小人字抱杆先后扳立，然后组立好底段，在底段抱杆固定侧上方挂滑车，穿牵引绳，结扎抱杆顶部，收紧牵引钢绳始立抱杆。,外拉线抱杆分解组塔,三、外拉线抱杆分解组塔操作方法 3提升抱杆 提升抱杆布置图如图3-31所示，在已组好铁塔上层主材处，安放辅助滑车，牵引钢绳并回抽20m左右，放入辅助滑车，在抱杆下端用背扣方法绑好。在离抱杆根部1.01.5m处系一腰绳，松紧适度，放松抱杆顶部临时拉线，启动牵引动力，专人拉住抱杆的尾绳，随抱杆徐徐上升。抱杆升到合适高度，固定好抱杆尾绳、外拉线，打开辅助滑车活门，取出牵引钢绳，解开牵引钢绳在抱杆下端背扣，恢复起吊状态。,外拉线抱杆分解组塔,三、外拉线抱杆分解组塔操作方法 4塔片的绑扎和补强 塔片绑扎要用U 形环，钢绳套等专用工具，以易于固定和解脱；绑扎点应在重心以上，以防起吊中塔片翻转；绑扎时要使两根主材同时受力；起吊中某部构件需要补强时，必须按要求绑扎补强木。 5抱杆的固定 抱杆一般都座落在带脚钉主材上，用抱杆根部处钢绳将抱杆和主材绑扎二道以上，用U 形环连好；轻轻敲击钢丝绳套，使其受力均衡；找好抱杆倾角后，固定好四侧临时拉线，并在离抱杆根部0.5m处，用腰绳把抱杆和主材捆绑起来。 6塔身吊装 起吊时应注意塔片、塔段方位；起吊过程中应控制大绳，使塔片(段)平稳上升，并不碰塔身；随时检查外拉线和腰绳受力情况；起吊高度宜稍高于连接点，先使一侧主材落到合适高度，用尖扳子就位，装上一侧螺栓后，继续松牵引钢绳，使另一侧主材就位，装好螺栓。,外拉线抱杆分解组塔,三、外拉线抱杆分解组塔操作方法 7塔头安装 各种塔型塔头变化很大，安装时采取不同的顺序。干字塔、上字形塔头，可先吊上横担，然后利用上横担作抱杆吊下横担;酒杯形塔头采用分片吊装，其顺序如图3-32所示，先分前后两片吊装 形塔材，然后吊上曲臂，两侧 形结构主材用双钩交叉补强，最后吊装横担、地线支架。,8降抱杆 组装完毕后，在横担上或塔头顶上固定一辅助滑车；将牵引钢绳固定在抱杆上部，并放入辅助滑车内；拉紧牵引钢绳，解开抱杆尾绳和腰绳，缓降抱杆，松开四根外拉线。 塔上、塔下作业人员须戴安全帽，注意安全。,外拉线抱杆分解组塔,四、受力分析计算 外拉线抱杆分解组装铁塔过程中，受力计算主要包括： 1）起吊系统的受力计算：包括调整大绳、牵引钢绳、起吊滑车、转向滑车、牵引设备等受力； 2）抱杆和外拉线受力； 3）部件吊装时受力计算，决定是否需要补强。 在组塔过程中，抱杆的倾角和每吊重量是不相同的。一般的规律是：塔身部分每吊重量下部大，上部逐渐减轻；由于塔下部根开大，所以在吊装时抱杆的倾角要大，但这时调整大绳与地面的夹角较小，而牵引钢绳与抱杆的夹角较大；塔 身的上部则相反，根开小，抱杆的倾角较小，但调整大绳与地面的夹角较大，牵引钢绳与抱杆的夹角较小。,外拉线抱杆分解组塔,四、受力分析计算 （1）调整大绳的受力 设起吊构建的重量为G、调整大绳的受力为P、牵引钢绳的受力为F2、调整大绳与地面的夹角为 、牵引钢绳与杆塔轴线的夹角为 ，如图3-33所示。 根据节点平衡原理，得下列方程组：,得：,外拉线抱杆分解组塔,四、受力分析计算 （2）牵引钢绳在起吊时的牵引力 （3）起吊滑车受力图3-34（a） 取两倍牵引钢绳受力即可。 （4）转向滑车受力如图3-34（b） 取1.411.6倍牵引钢绳受力。,外