8变电构架分析与设计

1、变电构架分析与设计 8.变电构架分析与设计8.1概要（编号修改，下同）该例题通过一个常见的多跨变电构架模型，介绍了使用midasGen建立该类钢结构模型的大体步骤和关键部位的模拟方法，演示建模过程思路、空间风荷载自动施加、刚性连接等功能的使用技巧和方法，并对钢结构设计部分，参数定义注意事项做了简要说明。例题的步骤如下：变电构架资料及计算简图建立几何模型添加约束条件4.添加荷载5.分析及添加荷载组合6.查看内力7.设计要点8.1.1变电构架资料及计算简图（数据仅供参考）某四榀变电构架，单榀构架两侧设置避雷针和端桩。结构模型及尺寸如图1-图3所示。考虑风荷载、地震荷载及导线站内和出线张力影响。地震

2、分组：2组，烈度：8度（0.2g）、场地：3类场地。图2单榀构架正立面图1XXjlh111111111、1sl7斗Ll.l疲井披样欣4哇杆按町按圧铁杆铁口按kF铁口图3单榀构架正立面杆件示意图本例题，具体参数如下：材料：Q235；杆件规格：弦杆-P152X9桁架水平横杆-L75X6桁架水平支撑-L75X6竖向斜杆：L80X7竖向竖杆：L90X8柱水平支撑：L125X10竖向端部杆：L90X8架构柱：P400X8地线柱：P400X10竖向端部斜杆：L125X8端柱：P400X8避雷针一段：P180X5避雷针二段：P50X38.1.2建立几何模型此类模型在Gen中建模时思路非常重要，一个好的建模思

3、路，能达到事半功倍的效果。充分了解模型特点，利用建模助手、复制移动、镜像功能便捷建模。可以先建立一榀构架，再利用建好的一榀构架去镜像和复制出整体模型，主要步骤如下：1)建立材料和截面Gen中可以定义常规的角钢、工字型钢和钢管等一般截面类型，也可以考虑SRC和钢管混凝土等截面类型，还可以自定义任意截面类型，包括变电构架常见的格构式截面等。主菜单选择特性-材料-材料特性值特性-截面-截面特性值材料号：1,名称：Q235，规范GB12(s),数据库：Q235,材料类型：各向同性截面数据：具体定义见图4。IEFI1HUrnrtff1*1EOo:世u:D.KSL挂杆23Infill4匹呻杆Se生妄世刃斤

4、T徑同宦杆eaLIESeIGia制LI血JUtiiHEU-ra阳卄耳二Ig*aiw用尸F!HELlSULnuliHliltLhUEL用尸Fl阳户r阳户rShift：F-用尸FMSBWr.iJ问綽恥.变电构架分析与设计 # # #变电构架分析与设计 # #图4截面定义任意截面的定义在主菜单工具-生成器-截面特性生成器，定义并计算截面后，在“截面数据”中的“数值”中导入sec文件，如图5所示。删库/用户敦佰|用台鬱面|貓韬台良艷詞合煙戲而叮IIS.S面获EC文件.戢面特性侑面现O.OOOOOeOOD耐2AsyOaOOOOetOODmT2Aaz0000006*000IxxO.QOOOOe*OODlW

5、5ooaooooooIzzD.aOQDDBQDDCypD.aaODmCymO.OOODmCzp0000DmCzmaoqoomQyjaoooa吨Qzsowoom2Peu.O-a.aaoooEaoDmPeii:lO.aOOOOe*OODmCerrly0000DMiCeMz00000myiooooomJ灘鈕合竝面图5任意截面导入2)建立一榀构架一榀构架的建立在Gen中有多种方法，这里介绍两种方法，法一为一般建模方法，即通用方法，可增加对Gen建模功能的多方面了解。法二使用建模助手，为便捷方法，体现此类构架的建模优势。用户在使用时，任选一种建模方式即可。法一：将整体坐标XZ平面定义为用户坐标XY平面，

6、直接在XY平面内通过点格捕捉或扩展功能建立平面桁架，再通过移动下弦杆件和空间捕捉节点建立空间构架。关键步骤如下：(1)主菜单选择结构-坐标系平面-UCS-XZ平面。定义xy用户坐标(UCS)在整体坐标中的坐标原点、旋转角度、勾选激活UCS平面和修改视角，如图6所示。确认后，界面如图7所示(关注红色框)。注:绝大多数实际结构的平面和立面是比较复杂的，但即使多么复杂的平面和立面也都是由规则的几何体组成的。因此用户可以为各几何体分别建立用户坐标系，在各自的坐标系上分别建模。用户坐标系是快速建立复杂模型的有效手段。Gen中栅格捕捉必须在XY平面变电构架分析与设计 # # #变电构架分析与设计 # #

7、#内，所以可以通过定义用户坐标UCSX-Y平面与栅格点合作,建立高效的建模环境，当然必须选择正确的视图，例如，将GCSX-Z定义为UCSX-Y，需在前中进行。此例题也可直接将图8桁架所在平面直接定义为UCSX-Y去处理。更详细的了解，见软件帮助目变电构架分析与设计 # # #变电构架分析与设计 # #(2)直接在UCS-xy平面利用栅格点捕捉建立上下弦杆和腹杆，点击；或者利用点扩展成线的方式，同样可以建立，单元扩展-“节点线”，建好的模型如图8所示。注:对话框和工作目录树的转换可通过转换变电构架分析与设计 # # #图8平面桁架(3)将UCS切换到全局坐标GCS,视图-格栅捕捉-UCS/GCS

8、；在GCS中，移动下弦杆节点到相应位置，节点/单元-节点-复制移动，如图9所示。如图10所示半榀图9移动下弦节点镜像图9桁架，建立另一半对称桁架；节点/单元-单元-镜像变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # #注:镜像时，注意是否勾选“镜像Beta角”和“反转单元坐标系”，两者的判断与用户施加荷载的方向有关，可点击单元-单元局部坐标方向，查看具定义的单元坐标系-目铁盘EI髻护爭巔巡一固一Q，I-:：hPJ图10镜像形成半榀构架(5)在窗口中捕捉相应节点，在下弦平面建立水平支撑；并复制节点形成边跨桁架和柱子的顶点，如图11所示。Ensnxl图11半榀构架論驚固n-Qll6)扩展单元(节点-线的

9、方式)形成短柱、架构柱和避雷针，如图12所示。变电构架分析与设计变电构架分析与设计 #注：此时的扩展，可通过任意间距和任意方向实现，方向向量可通过设计位置确定生翊羔7住聖闫芙右向kr:QffSJ5向物%,M4A3S50J巧歸3(7)图12半跨构架，形成一跨构架，如图13所示。0=0豊固n一卩图13一跨构架法二：主菜单选择结构-建模助手-基本结构-桁架，建立半榀桁架，如图14、图15，半榀桁架到一榀构架的建立可参考法一。注：桁架建模助手可方便快捷的建立平面桁架，通过alpha、beta、gamma（分别绕整体坐标系X轴、Y轴和Z轴的旋转）的定义，可将桁架放置在任意面内，同时可以考虑释放梁端约束（

10、建模助手中上弦和下弦采用梁单元模拟，腹杆采用桁架单元模拟，因而对上下弦可释放梁端约束。蚕-Mmnmfwwp*rTSEeriiwffl.”叶占卓卓ij斗.巴g跑霸亦asi图14桁架建模助手图15桁架建模建立整体几何模型镜像一榀构架形成两榀，两榀形成四榀，避雷针部分可复制，这样形成整体几何模型，不再赘述，如图16所示。KSn-QieSttD变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # #巨工谿I-FFWWIJtF3fZ-曲书日X=S?M阳Ia:wieII-LirariOIio：KEXII:曄牝XI：I:-BWMI图16整体几何模型4)材料截面特性赋予构件给构件赋予材料截面特性，可以在建模过程中，边建模

11、边完成，也可以建好模型后，统一操作。Gen中材料截面的施加，最方便的方式是“拖拽”如图17所示。EfMtft&giiKJlHS沖国血:亠时w*1尸頂柏LIIF图17拖拽赋予构件属性5)选择单元类型Gen中单元类型可分为线单元、面单元、实体单元，线单元包括桁架单元、梁单元(一般梁/变截面梁)、只受拉/钩/索单元和只受压/间隙单元。构架常用的单元类型是桁架单元和梁单元。用户在模拟时，对梁单元和桁架单元的选择要看实际的受力情况。如桁架单元只能承受轴向拉压，也就是只能承受节点荷载，而梁单元可受轴力、剪力和弯矩作用。构架下弦水平面要进出导线，应使用梁单元模拟。腹杆可视具体情况而定，如考虑杆件单元风荷载，

12、需要将腹杆模拟成梁单元。8.1.3添加约束条件模型整体底部给予固结或铰接，视实际情况而论。构件之间的连接，程序默认为固结(仅对梁单元，对桁架单元默认为铰接)，如梁单元与梁单元之间连接，程序默认为固定6个自由度，根据实际情况，考虑铰接或滚动支座时，可使用释放梁端约束功能，主菜单边界-释放/偏心-释放梁端约束来实现，如图18所示。I$駅胡冲用X蛍：林珈X扌：四ft1=:呀1&驯1C:週向卿耐1T:号疋怦It-Wtitil倍3IntMEIILIM址IUIn-32山笑Jj1ULDIDI日UHsatiiK讥IMI-M用WGAIL书Ti-M4IE-图18释放梁端约束-.-.|口也禺.口號|*|胃X昱mln

13、l一Qllqll注：当在一个节点释放多个杆件的端部约束时，注意可能会发生奇异现象。当不可避免地发生这种情况时，需要在相应自由度方向加一具有微小刚度的弹性连接单元或弹性约束。多个梁单元在一点铰接时，为了避免发生奇异，其中一个梁单元不释放梁端约束，其它梁单元变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # # #释放梁端约束。因为没有旋转方向自由度的单元之间连接时，程序分析过程中将发生奇异现象(SingularError)。桁架单元没有旋转方向自由度，程序内部自动约束相应节点旋转自由度。构架柱与构架弦杆间做刚性连接，即保证柱顶点、下弦端部的变形协调如图19、图20所示。刚性连接定义需要定义主从节点，从节点

14、自由度从属于主节点。一般将刚度大的连接点定义为主节点。两点的变形结果首先要满足转动变形一致，然后在此基础上根据平动变形相等并考虑转动变形的影响得到两点最终的平动变形。因为转动变形的影响，刚性连接的两点平动变形通常都是不相等的。变电构架分析与设计变电构架分析与设计 #图19构架柱与构架弦杆间刚性连接申丽r-xtJf:王Fj5畧图20定义刚性连接8.1.4添加荷载Gen中可以模拟节点荷载、单元荷载、面荷载、温度荷载、预应力等荷载类型，满足变电构架的加载要求。1）Gen中施加荷载之前首先要定义荷载工况，主菜单荷载A建立荷载工况静力荷载工况;定义荷载工况类型后，后续进行荷载组合时，程序会自动考虑规范的

15、荷载组合系数。鉴于电力院荷载的特殊性，除一般的自重及风荷载外，其它荷载均可将荷载类型定义为“用户定义的荷载（USER）”，并在荷载组合时自定义荷载组合系数，如图21所示。岀违英力AS1iflffl：-：,!.-i：i-i1叵戟=i：:tic)-愛:中”屛徇目才2、正向导殊阳户走交的荷尸(USERi出殊抵力3*正冋寻擁jseri出瞅力4X.-.冋电用尸：二:&.*_j|冠注：采用子空间迭代，有时信息栏会提示“达到最大迭代次数，请在振动结果表中检查公差。建议增加子空间维数,大于MIN(2Nf,Nf+8)Nf数量的频率”(英文提示)，此时,建议根据提示，修改子空间大小，否则，影响计算结果的准确性。变

16、电构架分析与设计变电构架分析与设计 # #图27特征值控制方法变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # # #变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # # #供if?理:tt证li曲:圍孑空砌弋CjlrkTii!隔初泊苗噸向里如L惟）抑MMU工忌SS1岂aFS密的司BEfittI.；.-FR.M.-|DW1b4f=!QAGSHf!谢征俏苛忻驗JE|I利|旳消图28多重Ritz向量法加载方式变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # # #变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # #8.1.5分析及添加荷载组合分析结束之后，查看后处理结果之前，应进行荷载组合，主菜单结果-组合-荷载组合。“一般”用

17、于内力和变形结果查看，“钢结构设计”等用于相应构件的设计。由于电力行业荷载组合数量较大，一般需要人为干预。Gen支持自定义荷载组合，也可与Excel交互，直接将荷载组合在Excel表格中定义好后，复制黏贴，如图29所示。10工!?们上唔1112IW萇电工盘佔息舀I.Sio.ft-.fi工刘jSs工尺出翟.3HHP送世馆和tlHLImta扣输11-H-HunRMRU.31?J44-3.J13ilAISP13咖c13MB:上册f*畑*1顽证円ELriidacbHIE-ns1810图29荷载组合8.1.6查看内力内力查看的具体详情，可参考midasGen初级培训手册中钢结构优化分析及设计8.1.7设

18、计要点Gen中可进行设计，更专业的设计模块，请在Gendesigner中进行。对于钢结构设计，在主菜单设计-一般设计参数和设计-钢结构设计中进行。对于钢结构的验算和优化，可参考midasGen初级培训手册中的钢结构优化分析及设计，里面有详细的说明。针对变电构架，要注意以下几点：1）在进行设计前，必须“指定构件”，如图30所示。设计是按构件来进行的，分析是按单元来进行的；对于梁单元或桁架单元，当一个构件由几个线单元组成时，可以将这些单元指定为一个构件进行设计。容诈单一单元勺件纸粪型丰动白动选择奥型舸孙担垢诜棵喲111jL.2222,2333.2444.Z555.2S6已2?1ES6fl_29QQ.33注：对于钢结构需要将单元指定为构件进行设计验算，否则构件的计算长度容易取错。例如，根据变电行业设计规程，人字柱和格构柱的计算长度及系数都有相应的规定，用户可在这里可人为干预计算长度,在设计-一般设计参数中自定义计算长度系数。变电构架分析与设计变电构架分析与设计 # #图30指定构件2）对于自由长度、计算长度系数、等效弯矩系数、极限长细比等参数，程序可根据规范、构件连接和支撑条件自动计算，对于受力复杂或规程有特殊考虑的参数，可以手动计算，进行人为修改，如图31-34所