铁塔内力报告剖析

1、华北电力大学计算报告作业名称铁塔内力分析与计算课程名称输电杆塔及基础设计专业班级：学号：指导教师：学生姓名：成绩：完成日期：华北电力大学计算报告一、题目内容及要求。220kV上字型直线塔单线图如图1所示，全高H=26.2米，呼高H0=18.2米，重G0=26470.78N，设计条件见表1。使用解析法计算七种工况下横担下塔身第一节间、地线支架、横隔、横担等主材和斜材或隔材的内力(任意选择一个部位)七种工况包括:(a)运行工况1(大风工况)；(b)运行工况11(覆冰工况)；(c)断上导线情况；(d)断下导线情况；断地线情况；(f)安装情况I;(g)安装情况II。420(KN)(b)运行工况11(覆

2、冰工况)塔头荷载图l.E611S6(c)断上导线情况塔头荷载图(KN)(d)断下导线情况塔头荷载图(KN)4.2042201rll.hh11.S6(f)安装情况I塔头荷载图(KN)(e)断地线情况塔头荷载图(KN)(g)安装情况II塔头荷载图(KN)elseW表1设计条件设计秦件电压水平档舒垂直档距220kVLGJ<300GT-501000>750吒象条件鲨冰冇风最低F狙川故安装2510-10垃©-5-5-20-10-10冰卩丿（mm）-5-二、计算思路。1、静定平面桁架的内力分析。（a）塔架受力简图；（b）正面桁架受力；（c）右侧面桁亍架受力。说明：常略去与荷载方向相垂

3、直的那两片平面桁架的作用，假定只由与荷载方向相平行的两片桁架承受荷载。2、单腹杆桁架。（1）主材受力分析及内力计算（截面法）主材受力简图如下：主材受力简图如图（d）:截取3-3截面，则主材内力为：工M工G万法一：N=±03-u2b4sina3其中：工m表示3-3截面以上所有水平力p、p及塔头塔o3BD身风压q对0点之矩。工g表示3-3截面以上全部垂直载荷设计值之和。此法所求内力为近似值。方法二：利用工m=0求解。03工M'±N*b=0o3u33工M'N=±03u3b3注：工M'为除主材内力以外的外力力矩之和，特别注意所有外o3力取矩时由于单

4、片受力大小均取1。2（2）、斜材受力分析及内力计算（截面法）以两弦杆延长线交点0为力矩点，建立力矩平衡方程，计算斜华北电力大学计算报告斜材计算简图斜材内力计算：2M=+o-2di其中：2M代表截面以上除斜材内力以外所有外力对0点力矩o设计值之和。3、双腹杆桁架。主材和斜材计算简图如右图：（1）以截面以上部分为隔离体，以双腹杆交点为力矩点，建立平衡方程，计算主材的内力。（2）以两根主材延长线的交点为力矩平衡点，计算斜材内力。双腹杆主材和斜材桁架计算简图主材内力为：其中：工对O点之矩。华北电力大学计算报告N=±ZMo23，计算公式与单斜材桁架相同。u2b4sinaim表示截面以上所有水平

5、力p、p及塔头塔身风压qoBDZG表示截面以上全部垂直荷载设计值之和。此法所求内力为近似值。斜材内力为：N=±H4di其中一根斜材受拉力，另一根斜材受压力。ZM代表截面以上o所有外力力矩设计值之和。4、K型腹杆桁架。主材和斜材内力计算图如右图：(1)以截面以上部分为隔离体，以斜材和水平材的交点为力矩点，建立平衡方程式，计算主材内力；(2)以两根主材延长线()22!"i妬P.'2的交点为力矩点，并假定两根斜K型腹杆主材和斜材桁架计算简图材的内力大小相等，方向相反，建立力矩平衡方程式计算斜材内力。主材内力计算：方法一：N=±2么互，方法同双腹杆桁架计算方法。2

6、b4sinai华北电力大学计算报告方法二：以oi为取矩点工Moi=0:工MOi-Nui'*bi+Nui"*bi二0工y二0:工G+Nui'*sindi+Nui"*sindi=0联立方程并求解得:Nui'-Nui''二工M'oibiNui'+Nui''=-得到：工MOi工G工MOi工G斜材内力计算：N=±2，工M代表截面以上所有外力力矩设计值之和，所有外力为塔整体受到的外力。N=±丸，工M代表截面以上所有外力力矩设计值之和，所有外力为单片塔受到的外力。其每个外力的值为整体塔上对应外力值

7、的1。25、导线横担内力计算。（1）尖横担计算简图如右图：-I在断线张力T和垂直荷载G'作用下要承受弯矩。尖横担计算简图华北电力大学计算报告下平面角钢主材受力：ZgGU+Q卩15）2hb上平面角钢主材受力：G'l（1-卩）屮丫KTlG+1QcD2）2h，A卩二1A+A（十）312/72式中t断线张力标准值；DG'一断导线后垂直荷载标准值；D卩一下平面受力分配系数；1I、A下平面角钢的长度及其截面积；111、A上平面角钢的长度及其截面积；221.1受力不均匀系数；K断线张力冲击系数。c(2)鸭嘴横担计算简图如右图：由于挂线点偏心，在断线张力作用Q下横担产生的扭矩可由前后两

8、垂直面承受，垂直面端点的反力为：Z=TDeb主材受力为：鸭嘴横担计算简图下平面角钢主材受力：N1T°C曾+竺严-巴护1)华北电力大学计算报告上平面角钢主材受力：n=y(gG/+土呼巴qK"?+巴空)2o2hbbh三、计算结果。1、计算25m/s风速和10m/s风速下塔身风荷载设计值。(1) 计算25m/s风速下的塔身风荷载设计值。塔头风荷载：电压等级为220kV,高度为26.2m，粗糙程度为B类，查表2-5得风压随咼度变化系数卩=1.36z查表2-14得风荷载调整系数p=1.16z由型钢杆件组成的塔架卩二1.3(1+n)，填充系数申=AA，塔头取sf：1.2*0.3二0.3

9、6,塔头b/h=(1.52+0.86)/2)/8=0.149,查表2-12得=0.56,构件体形系数卩二1.3(1+n)=1.3*(1+0.56)=2.028s投影面积aAffh(宁)=0.36*8*(0.86+1.52)/2)=3.43m2塔头风压q=卩卩卩wa/hzsz0f=(1.36*1.16*2.028*(25*25/1.6)*3.43)/8=536N/m设计值为：q®*Y*q=1*1.4*536=750N/mQ塔身风荷载:电压等级为220kV,高度为18.2m，粗糙程度为B类，查表2-5得风压随高度变化系数卩=1.21z查表2-14得风荷载调整系数p=1.0z由型钢杆件组成

10、的塔架卩二1.3（1+n），填充系数申=AA，塔身取sf（P二1.2*03二0.36，塔身b/h=（1.52+3.035）/2）/18.2=0.127，查表2-12得=0.56,构件体形系数卩二i.3（i+n）=1.3*（1+0.56）=2.028s投影面积aAf円"(宁)=0.36*18.2*(3.035+1.52)12)=14.92肌2塔身风压q=卩卩卩wa/hzsz0f=(1.21*1.0*2.028*(25*25/1.6)*14.92)/18.2=786N/m设计值为：q=v*y*q=1*1.4*786=1100N/mQ（2）、计算10m/s风速下的塔身风荷载设计值。方法同（

11、1）,计算结果如下：覆冰工况：塔头风压设计值：q=*y*q=1.0*1.4*86=120N/mQ塔身风压设计值:q=屮*y*q=1.0*1.4*126=176N/mQ安装工况：塔头风压设计值：q=*y*q=0.9*1.4*86=108N/mQ塔身风压设计值:q=屮*y*q=0.9*1.4*126=158N/mQ2、取塔腿进行内力计算，主材编号1、2,斜材编号3、4。工况荷载图见前图。杆塔内力计算结构尺寸简图如下：a二arcsin(18.2.飞18.22+0.762)arcsin(2.&<2.82+1.522)二26.10B二arcsin(2.&<2.82+1.522

12、)二61.50件=.i.522+2.82*sin(26.10)=1.4md二36.6*sin(26.10)=16.1m1杆塔内力计算结构尺寸简图(1)Excel计算结果：(单位：kN)编号工况断地线安装情况I安装情况II编号十、断地线安装情况I安装情况II编号工况大风工况覆冰工况断上导线断下导线Nul113.9619.06-9.63-9.63Nu2-147.19-60.73-23.6-23.6Ns313.992.19-0.61-0.61Ns4-13.99-2.190.610.61Nul-9.6330.265.41Nu2-23.6-67-22.28Ns3-0.61-0.641.13Ns40.61

13、0.64-1.13特别说明：由于计算断线工况时是在没有计算断线张力作用求得的主材和斜材的内力与实际情况不同况的结果一样，而实际情况则不同。各个工况下主材和斜材的内力统计对比柱形图如下：主材受力图各个工况下主材受力图斜材受力图IrNs3'IL:焉4=I各个工况下斜材受力图（2）MatTowerV1.0计算结果:（大风工况）华北电力大学计算报告500-50-100-150-200-250才和斜材-2001-50C内力F(kN)E十仙X1015o5i.iou505124.52wwe-199.23Ns319.11Ns4-20.08计算结果表大风工况下主材和斜材的内力统计对比柱形图如下：主材和斜

14、材内力统计图(3) 大风工况下解析法和有限元分析方法的结果对比:150100II1111111Nu1Nu21Ns3Ns4对比图主、斜材解析法匸二有限元分析法华北电力大学计算报告1、按受压稳定性选择主材的角钢型号。（1）根据上表计算的数据，按最大轴向力进行设计。由表得主材2受压，轴向压力最大值为147.19kN,记为Nu2=147.19kN.首先选取角钢型号为L125X12等边角钢，钢的型号为Q235，轴向压力为147.19kN,按最小轴布置，计算长度取L=3m.（2）压杆稳定性条件：N-轴心压力设计值，N;A-构件截面毛截面积，mm2；0-轴心受压构件稳定系数；f-钢材抗压强度设计值，Nmm2

15、；m-压杆稳定强度折减系数。角钢构件：根据翼缘板自由外伸宽度b与厚度t之经计算确定：二202时，取m=1.0；IA7lim/fn当02<b<363时，m=1.677-0.677lim历t舒N（b）（3）强度折减系数：查型钢表：角钢L125X12的b=125mm,t=12mm。华北电力大学计算报告Q235的强度设计值为215MPa。b=125=10.42<202=2°L=138t12v'f215所以m=1.0。N(4)、稳定性折减系数：查型钢表：角钢L125X12的最小轴回转半径为r=2.46cm计算长度为L=3mo长细比K九=KL/r=1.0*3000/24

16、.6=121.95Q235钢b类截面，查表L-2得®=0.426。(5)稳定性条件：查型钢表：角钢L125X12的A=28.91cm2。N(QA)=147190(0.426*2891)=119.5MPa<1.0*215MPa所以该主材满足稳定性要求。为了满足经济性要求，选取较小型号的角钢重复上述过程，直到选到合适。2、按受压稳定性选择斜材的角钢型号。(1)根据上表计算的数据，按最大轴向力进行设计。由表得斜材4受压，轴向压力最大值为13.99kN,记为Ns4=13.99kN.首先选取角钢型号为L63X8等边角钢，钢的型号为Q235，轴向压力为13.99kN,根据塔腿结构及斜材布置

17、，由表K-2得：计算长度取L=1m.华北电力大学计算报告(2)压杆稳定性条件：N/C<m6ANN-轴心压力设计值，NoA-构件截面毛截面积，mm2；0-轴心受压构件稳定系数；f-钢材抗压强度设计值，Nmm2；m-压杆稳定强度折减系数。N角钢构件：根据翼缘板自由外伸宽度b与厚度t之经计算确定:I<(I)lim二节时，取m=1-0；当些<b<363时，m=1.677-0.677xd；()b)iim(3) 强度折减系数:查型钢表：角钢L63X8的b=63mm,t=8mm。Q235的强度设计值为215MPa。b=63=7.875<t8202202二13.8所以m=1.0o

18、N(4) 稳定性折减系数:查型钢表：角钢L63X8的回转半径为:r=1.23cm计算长度为L=1m。华北电力大学计算报告九=100/1.23=81.3<120由附录J中的表J-1得长细比修正系数K为：K=0.75+30/九=0.75+30/81.3=1.12长细比K九=KL/r=1.12*81.3=91Q235钢b类截面，查表L-2得®=0.614。(5) 稳定性条件：查型钢表：角钢L63X8的A=9.52期2。N(QA)=13990(0.614*952)=23.93MPa<1.0*215MPa所以该斜材满足稳定性要求。为了满足经济性要求，选取较小型号的角钢重复上述过程，

19、直到选到合适。五、螺栓的选取和强度校验。1、主材连接螺栓的选取和强度校验。(1) 初选用4.8级M16螺栓，钢材选用Q235钢。主材轴向力为147.19kN。(2) 计算单个螺栓的受剪承载能力：Nb=n型fb=1x兀162x170=34.18kNvv4v4n-受剪面数目；vd-螺栓直径，当剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径;fb-螺栓连接的抗剪强度设计值，N：mm2ov'(3)计算单个螺栓的挤压承载能力：华北电力大学计算报告Nb=d工tfb=16x12x370=71.04kNccxt-取同一受力方向承压构件厚度和的最小厚度和，mm;fb-螺栓连接的承压强度设计值，Nmm2。c(4)

20、螺栓数目的计算：、N147.19“n>=4.3Nb34.18min取n=6，螺栓为并列排列方式，角钢每个面3个螺栓，两个面共6个螺栓。(5) 构件的强度校验:nA-构件的净截面积，取净截面积的较小者。nf-钢材抗拉强度设计值，N.mm2。A的计算：n1-1截面的的净截面积：A=A-ndt=2891-2*16*12=2507mm2n10其中A由角钢规格表查到L125X12的A=28.91cm2。贝I：&二二147190二58.71MPa<f二215MPaA2507n净截面强度满足要求，主材连接选择的螺栓合理。2、斜材连接螺栓的选取和强度校验。（1）初选用4.8级M10螺栓，钢材选用Q235钢。斜材轴向力为13.99kN。华北电力大学计算报告（2）计算单个螺栓的受剪承载能力：Nb=n咚fb=lx兀xO%170=i3.35kNvv4v4n-受剪面数目；vd-螺栓直径，当剪切面在螺纹处时，则取螺栓的有效直径;fb-螺栓连接的抗剪强度设计值，Nmm2。v（3）计算单个螺栓的挤压承载能力：Nb=d工tfb=10x8x370=29.6kNcczt-取同一受力方向承压构件厚度和的最小厚度和，mm;fb-螺栓连接的承压强度设