美国铁塔分析计算程序TOWER中文操作手册

TOWER–Version8(C)PowerLineSystems,Inc.2007PAGE201TOWERTABLEOFCONTENTS(Printingdate:August2007)TOC\o"1-4"\h\z\u免责声明、保证和授权 6如果持有人不能够遵守该协议的条款规定，PLS可以终止对持有人的授权许可。一旦授权被终止，TOWER软件的所有备份及其所有组成部分都必须销毁。 6硬件必备条件和安装 81.概况 121.1总体特性 151.1.1模块设计 151.1.2国际标准的认可 161.1.3线性分析和非线性分析—曲率检查 161.1.4设计核查vs可容许的分屏模式 161.1.5自动设计特性 181.1.6在线帮助 181.1.7项目修订跟踪 181.1.8自定义菜单、对话框、表格和报告 191.1.9多塔分析的综合结果 191.2TOWER模型 201.2.1接头和分支 201.2.2桁架、横梁和tension-onlymembers（仅有张力的部件） 211.2.3平面接头和机械装置 23使用仿制元件 23去除自由度 23增加虚拟弹簧 23使用横梁元 241.2.4TOWER的标准工作过程 251.3TOWER和PLS-CADD之间的联系 282.下载，运行和观察现有模型 292.1“文件”菜单 292.1.2保存或复制模型 322.1.3移动某个模型及其所有相关数据库，而不使用“Backup”（“复制”功能） 322.2模型介绍 332.2.1InitialGeometry窗口中的模型视图 332.2.2模型的创建和编辑 372.3运行分析 382.4结果表 382.4.1自定义表格和导出表 402.5Deformedgeometrywindow 412.6分析结果报告 432.6.1观测、打印并输出报表数据 432.6.2自定义报告 443.COMPONENTSLIBRARIES 453.1角钢和圆形组件 453.1.1介绍和建模 453.1.2特性 463.1.3设计核查 543.2拉线和线缆 853.2.1描述和建模(pdf111) 853.2.2特性 853.2.3设计核查 853.3设备 873.4绝缘子（pdf116） 903.4.1夹具 903.4.2耐拉绝缘器的性能 903.4.3悬挂式绝缘子性能 914.创建模型几何图 994.1创建步骤和坐标系 994.2General菜单 1004.2.1General数据 1004.2.2输出选项(pdf135) 1034.2.3非线性收敛参数 1044.2.4Interactiondiagramparameters交互图表参数 1044.2.5EDF（RTF-France）MiscellaneousOptions（EDF杂项） 1044.2.6EIA选项 1044.2.7附属装置 1054.2.8线，箭头和文本说明 1074.2.9后置处理程序选项（pdf144） 1094.2.10优化选项 1104.3接头 1114.3.1原生节理（接头） 1114.3.2次生节理 1144.3.3拉线锚处接头和绝缘子顶端的接头 1154.4塔区段 1164.4.1界定区段和它们的属性 1164.4.2以区段作为较大模型的模块 1184.5界定组件群 1194.6Connectingangleandroundmembers(pdf157) 1204.6.1Interactivegraphicalmemberconnection 1234.6.2将现有组件分成附加接头和组件 1244.6.3在一对交叉组件的交点连接它们 1244.6.4Optionalmemberstrength（选择组件强度）andfacemembershipspecification（塔面组件关系规范） 1254.7连接拉线(165) 1264.8连接线缆 1284.9附属设备（包括天线） 1284.10集成块静荷载和阻力面积 1294.11添加绝缘子和夹具 1304.11.1计算悬挂式绝缘子的允许旋角及负荷角 1324.11.2一模型至其它模型的彼此变更（pdf175） 1344.11.3附着点的限制 1354.12基础属性 1354.12.1基础性能 1354.12.2基础硬度 1364.13通讯塔上的线附属设施 1374.14与线设计程序PLS-CADD的联系 1384.15在DXF格式的3-d图中创建塔模 1384.16运用模块化设计创建塔模 1405.荷载 1435.1传输塔上的模型荷载（.lca/.lic荷载选项） 1435.1.1导线和地线荷载（pdf186） 1435.1.2静荷载 1445.1.3塔的风荷载 145组件风荷载 1455.1.4塔上冰荷载 1525.1.5强度和荷载因素 1525.2通讯塔上的荷载模拟 1535.2.1TIA/EIA222-F标准 1555.2.2ANSI/TIA222-G标准 1575.2.3CSAS37-01标准 1575.3矢量荷载数据(pdf206) 1585.4线荷载数据 1645.5Wireloadstovectorloadstransformation（p218） 1675.6EIA（和其它通讯结构）荷载数据 1675.6.1针对TIA/EIA222-F的荷载数据 1685.6.2针对ANSI/TIA222-G的荷载数据 1695.6.3CSAS37-01的荷载数据 1706.自动设计功能 1716.1交互组件尺寸设定 1726.2超荷载群组的尺寸自动重设 1726.3完全优化 1727.实例 1747.1例子—小型虚拟DC传输塔的核查 1747.2例2—含有耐张组件的小型虚拟DC塔的核查 1747.3例3—拉线三角传输塔的核查 1757.4例4—跨河塔的核查 1757.5例5—交叉钢（斜线）塔的核查 1757.6例6—双回路塔的允许档距 1757.7例7—带有摇臂的多回路塔 1757.8例8—单桅拉线塔 1767.9拉线式天线塔 1767.10自立式通讯塔 1777.11较高拉线式天线桅杆的标准模生成 1787.12拉线门式塔 179附录A参照资料（p237-238） 181附录B.与线设计程序PLS-CADD的链接 181B．1附件点绘制到PLS-CADD线缆组 181B.2链接至pls-cadd组件和配件管理系统 182B.2.1主控零件列表 183B.2.2主控配件列表 183B.2.3材料及其相关结构模型描述 184附录C.多次运行得出的综合结果 186附录D.TOWER旧版用户需注意的重要事项 187D.1新特性 187D.1.1组件库 187D.1.2结构建模 187D.1.3确认完善模型 187D.1.4用户界面 188D.2TOWER老版本文件的转换 188附录E.查看每个非线性迭代处的变形情况 191附录F.追溯修改、比较结果 193F1.追溯修改 193F2.比较分析结果 193附录G.自定义菜单、对话框、工具条、表格和报告 195G.1自定义菜单 195G.2自定义对话框 196G.3自定义表格和报告 197G.3.1“C”格式计数法 198G.4自定义工具栏 199附录H.塔风荷载的附加说明 200H.1ASCE74-1991 200H.2NESC2002 200H.3IEC60286 200H.4CENELEC 200H.5UKNNA 200H.6REENNA 200H.7TPNZ(NewZealand) 201免责声明、保证和授权这是你—终端用户—和PowerLineSystems（PLS）之间的协议。使用TOWER软件，就说明你是同意接受该协议约束的。只要您遵循该许可证条款，PLS将会赋予您使用TOWER软件备份的特许权和非独家权。如果该许可证协议中的任一条款被认作是无效的、非法的或不能强制执行的，那么其余任何条款的有效性、合法性和强制性决不能以任何方式受影响或受损，在此必须以一条有效的、合法的和具有强制性的含义相似且具有同等效力的条款来代替。该协议将受威斯康星州现行法律的限制。TOWER软件同时受到美国版权法和国际版权条约规定的保护。只要同时使用该软件备份的数量不超过授权许可的数量，购买组织即可将此软件复制到一台或多台电脑上。购买组织也将制作该软件的存档副本，但只可用于复制该软件，并保护其投资不受损。该软件的使用者负责确保同时应用执行的程序数量不超过许可数量。PLS不做任何明订的或隐式的如下保证—TOWER软件不会出现任何错误或使用该软件进行的设计会被认可。TOWER软件必须只能由资深的工程师使用，他（们）负责设计假设和结果。在任何情况下，与TOWER软件使用或用途相关的或由此产生的特殊的、连带的、偶然的或间接的损害决不能归罪于PLS。唯一做出的保证就是，如果刻录在该软件上的媒介信息被确定是有缺陷的，可以免费更换。无论任何情形下，PLS的责任仅仅限于退还该软件的购买费用。PLS保留拒绝向原购方以外的其它任何团体转让TOWER软件授权的权力。您了解并赞同TOWER软件的结构、程序和组织是PLS宝贵的行业秘密。您同意保守该商业秘密；进而了解并赞同由此产生的任何形式或媒介的软件及其所有拷贝的所有人和所有权都属于PLS。如果持有人不能够遵守该协议的条款规定，PLS可以终止对持有人的授权许可。一旦授权被终止，TOWER软件的所有备份及其所有组成部分都必须销毁。使用者被禁止对TOWER软件进行逆反工程设计、拆卸或反编译，除非并且只有满足如下条件—这类行为是适用的法律所明令许可的，才可进行，即使该限制不允许。授权持有人须认识到他们正在使用一种具有竞争性的产品。授权持有人同意不适用二进制可执行档及其算法、文件格式、手册或任何由TOWER软件中具有竞争性产品衍生而来的信息。TOWER软件的发展、维护和支持：PowerLineSystems,Inc.610NorthWhitneyWay,Suite160Tel:608-238-2171Fax:608-238-9241E-mail:info@Website:现在，PowerLineSystems（PLS）公司几乎仅仅通过E-mail即可支持并维护其软件。因此，使用PLS公司软件的任一组织都必须提供一个联系人的姓名、电话号码和E-mail地址。要想得到关于软件更新和新版本的任何信息，你必须在我们的通讯报上等级注册。我们的网站上包含了注册指导。硬件必备条件和安装运行TOWER软件，必须使用微软WINDOWS系统（建议使用XP系统），最小内存为128MB，磁盘驱动空间为40MB。对于大型通讯塔，我们建议使用256MB内存的系统。TOWER软件将会充分利用多处理器电脑的所有处理器。更多详细硬件要求参见以下文件，见于该因特网：/presales.pdf.TOWER软件最初安装在一张CD上，但其升级只能以电子方式进行。其程序和文件可在任一平台上安装。该软件可以安装在一个文件服务器上，但是其硬件密钥启动须安装在一个独立的工作区。升级安装（通过E-mail）需要一个升级软件软件的更新只能通过电子方式进行。它们可以进行手动下载，也可直接从软件中获取。无论采用哪种方式，你都必须使用Help/DownloadUpgrade指令。点击后弹出如图Fig.0-1的对话框，首先你需要点击“SendEmailToRequestCode”获取升级代码。升级代码将会在一个工作日内发送至你的邮箱。然后，你就可以使用代码进入“Ihaveanupgradecode”文件，该程序将会自动下载升级程序。请注意，所有升级代码只在一至两周内有效，所以您在收到代码后应立即下载升级程序。如果从软件内下载升级程序对您来说有困难，您可以按照以下升级邮件中的指导说明进行手动下载。如果这样，您就需要使用到第三个选项“Ihaveanupgradecodeandupgradefile”安装升级程序。这需要花费几分钟的时间，然后您请求的升级程序才会进行下载。一旦开始下载，你将会看到一个与本节稍后描述的使用CD安装相同的安装对话框。系统管理者和高级用户所要注意的：您的升级软件存储在名为“SETUP”的PLS临时目录的子目录内。PLS临时目录被命名为File/Preferences，并默认存储到“C:\PLS\TEMP”。因此，如果你下载了一个TOWER的升级软件，它应当会被存储在“C:\PLS\TEMP\SETUP”。如果你需要将该升级软件安装在多台电脑上，您可以跳过以上步骤，只需将该目录复制到目标电脑，然后运行“SETUP.EXE”程序。InternetUpgrade特性可使用FTP或HTTP，也可使用IE浏览器内的代理服务器设置。您可以核实一下，使用Help/CheckforUpdatedManual指令，您可以进入我们的服务器。如果该指令完成，而没有出现任何错误，您就会发现，甚至在您请求升级代码之前，您就可以进入我们的服务器。如果因为某些原因，您无法进入我们的服务器，您可以手动下载升级软件或试着利用Help/DownloadUpgrade对话框中的“EditInternetSettings”按钮修改您的网络设置。CD安装进行CD安装时，您将有机会安装的软件不仅仅是TOWER，还有我们所有程序的试用版或所有程序的商用版，对此，您只需拥有有效的授权即可。插入CD驱动后，CD安装对话框（参见Fig.0-2）将会打开。如果没有出现该对话框，点击Start按钮，然后是Run。当出现文件名提示时，选择CD驱动，键入“setup.exe”。从CD安装时，就会出现以下选项：完全安装或升级：如果您还没有安装该程序，或者您想升级该程序及其示例文件，选择FullInstallation（完全安装）。如果您是在现有版本上重装该程序，选择升级（Upgrade）。您将会被提示“FileAlreadyExistsOKtooverwrite？”每个现存文件。点击“Always”回复。安装硬件密钥驱动器：该选项将根据需要自动进行自身核查。除非您知道您自己需要或不需要该驱动器，不然您就无需理会它。安装在线文档（PDF格式）：如果CD上有手册，该选项会自行核查。我们强烈建议您允许该程序安装电子手册。这些手册都是以便携文档格式（PDF）存储，使用AdobeAcrobat（R）阅读格式就可浏览该格式的文件。如果安装了手册而没有安装阅读器，启动装置会在安装手册后提醒您安装Acrobat阅读器软件。我们为您提供一个32bit英文版本的阅读器。如果您想要一个不同语种版本或其它不同的版本，您可以登陆下载。忽略应用程序路径：该选项是供高级用户自定义其安装了各个应用程序的特定目录的。对于那些希望在同一台电脑上可同时维护我们的多个应用程序版本的用户来说，这是非常有用的。在安装时，该程序会让您为每个安装的程序键入一个目录名称，而非默认的名称。除非您认为您机器需要该项服务，否则您就跳过该项核查。一旦您选择了以上选项并确认了您想要安装的这些应用程序和试用版，您就可点击Install，该程序就会安装上所有软件。NT用户特别注意事项：如果您正在使用的是基于NT的操作系统（如NT4.0，2000或XP），您需要安装NT驱动器。要安装该驱动器，在安装TOWER时，您需要复选安装对话框中的“Installhardwarekeydriver”复选框。Windows会要求您利用管理者特权安装驱动器，如果您当前登陆的账户不拥有用户特权，您必须退出账户，重新登陆一个拥有管理者特权的账户。按照屏幕上的指示，完成安装。发现故障并修理HARDWAREKEY如果程序显示“Can'tFindHardwareKey”错误信息，您必须咨询查阅以下技术事项，参见我们的网站：/products/ntdriver.html电子手册和在线帮助如果，通过Fig.0-3中的核查安装在线文件，您已经安装了手册（PDF格式）的电子版，您就可以在任何对话框中查询在线帮助。您所需做的就是点击对话框右上角的“？”按钮，您就会被带到手册电子版的相关章节，在那儿，您可以找到适当的信息。通过我们的网站，该手册可以定期进行升级。您可以使用Help/CheckforUpdatedManual指令检查它们是否存在，并下载。它们还公布在我们的通讯简报上，在简报上您可以看到并认购我们的网站。1.概况TOWER是由PowerLineSystems为传输结构分析和设计而开发的几种MS-WINDOWS程序中的一种。所有这些程序都有一些共性。因此，如果你熟练掌握了其中一种程序，你很快就能掌握其它种类的程序。TOWER起初是一种FORTRAN程序，出现于20世纪70年代中期，从那时到现在，它一直在不断地改进发展。目前，有80多个国家的几百个组织正在使用该软件，它基本上成为了全球塔设计程序使用最广泛的软件。TOWER主要讲述网格式铁塔的分析和设计。关于各种杆子和框架的分析和设计，包括混凝土、钢铁和木制等材料，您可以参阅我们的PLS-POLE程序。Fig.1-1展示了典型的输电线塔或通信塔构造，它们都可以使用TOWER进行模拟，第7章节例子中包含此类介绍。这些塔可能是拉线塔，也可能是自立式塔。Fig.1-2说明了TOWER还可以用于大型网格变电站结构的设计。由通常标准单位端对端（参见Fig.1-1右下格）组成的拉线通信杆模型可通过组合复制多个基本模块迅速生成。7.11小节对此有例证说明。有模块设计的传输塔也可从模块生成中受益，参见4.16节。Fig.1-3展示了与某个特定塔型相关的一张图片是如何与模型的电脑生成几何图同时显示的。CAD画图也可以显示，或单独或与图片同时显示（参见例子7.12）。1.1总体特性1.1.1模块设计作为25年来电力传输线路及其支撑框架和地基设计软件的主要开发者，PowerLineSysetemsInc.（PLS）知道传输设计工程师对电脑设计程序有什么要求。无论该结构是混凝土的、钢铁的、木制的杆子或构架，又或是铁制格子塔或铁制变电站结构，这些结构通常都会利用标准部件，而它们的特性往往都存储在电脑数据库中。因此，让工程师在设计结构模型时只需从数据库中提取组件并将它们互相连接在一起是非常有利的。创建结构的有限元模型及分析目标所需步骤这一非常耗时的工作就留给了电脑来完成。所以，编制一个模型并不要求必备高级的结构分析知识。这一理念被应用于所有的PLS程序，由Fig.1.1-1即可看出。像角钢、绝缘子、附属装置、电缆和拉线之类的标准部件和组件的存储库在TOWER和其它杆和框架设计程序之间是可以共用的。如果某些部件拥有特有的物料编号，那么该类模型就会包含对该类部件一整套的描述说明。如果我们的PLS-CADD线设计程序使用该类结构模型，那么整个线项目的一整套部件清单都会配给到位，因而，可进行成本评估自动化，并链接至老的系统。部件、组件和次组件都会自动出现在PLS-CADD的平面图和剖面图中。除了共享组件数据库外，TOWER和其它程序还共享普通负载描述、文件控制、图形界面和输出报告。该程序的模型状况有助于我们进行维护，也有助于您—使用者—的使用，因为，只有掌握了其中一个程序的特性，您就能立即了解另一个了。1.1.2国际标准的认可在刚开始时，TOWER是只能按照美标ASCE10-97（ASCE，2000）进行设计核查的一种软件，而现在它已经达到其它多种标准要求对某些负载计算和/或强度核查的阐释：美国NESC标准ANSIC2（NESC，2002），构造刚欧标（ECCS，1985），欧洲CENELEC标准EN-50341-1（CENELEC，2001）和一些本国的修订本（波兰、葡萄牙、西班牙、英国等过的NNA’s），英标BS-8100（BS8100，1999），法国电力（RTE-EDF）标准的各个版本，澳大利亚/新西兰几个负载和强度标准，IEC标准60826（IEC60826，2003），印度标准IS-802（IS802，1995），应用于通讯塔的加拿大标准S37（CSAS37-01，2001），和应用于通讯塔的EIA标准222（EIA/TIARevF-1996和ANSI/TIARevG-2005）。将来还会再加入其它标准。应用于TOWER的一些标准的更多信息和我们公司的其它程序参见：/products/designcodes.html。1.1.3线性分析和非线性分析—曲率检查TOWER和其它传输结构程序共享有限元分析方法。普通的有限元分析程序SAPS（SAPS，1997）也使用该方法。您可以参阅SAPS手册了解关于构架、横梁或线元素建模和我们的求解方法方面的原理细节。有限要素模型分析可以是线性的也可以是非线性的。如是线性分析，结构移位的副效应，即所谓的P-Delta效应（重力二阶效应）被忽略。如果是非线性分析，所有的力和力矩在结构变形状态中都处于平衡，即P-Delta效应是有原因的。当非线性分析照顾到所有几何非线性时，线性材料特性仍在所有程序中使用。这和所有现行以编码为基础的传输结构的设计程序是一致的。线性解决时间通常情况下都不足一秒。然而，因为非线性解决要求每个荷载状况要有几次重复，非线性解决可能只需要几分钟就能完成。塔的弹性挤曲是P-Delta效应的一中极端情况。在非线性模式下运行时，TOWER标明了近乎曲折或近乎易变状况，如果形成平衡状态需要大量反复。它表明了，如果解决方法不能汇聚于一点，或汇聚于一种附有许多后挫曲移位的平衡结构，就会出现扭曲。当在线性模式下运行时，TOWER不能探测到扭曲。运用线性分析，拉线和线缆被压塑得就像straighttension-onlymembers。运用非线性分析，它们就被压塑成exactcableelements。因此，我们建议拉线塔应当始终使用非线性分析，利用一个更好的线缆图像，并确保扭曲率被恰当核查。1.1.4设计核查vs可容许的分屏模式对于传输程序的应用，TOWER和其它程序可以在两种模式下运行：设计核查模式或允许档距模式。对于通讯塔，可使用的唯一模式就是设计核查模式。在设计核查模式（Fig.1.1-2）下，你指定设计荷载树形图。该树形图由地线和导体垂直荷载、横向荷载和竖向荷载，T、V和L（荷载矢量），以及结构所承载的风压（也许是冰）。荷载树形图存储在LoadCAse文件中，它们的扩展名为“.LCA”。我们称荷载树形图文件为“LCA”文件或荷载矢量文件。对于荷载工况文件，如果TOWER在独立模式下操作，荷载工况文件可手动编辑；或者，在PLS-CADD或PLS-CADD/LITE范围内核查结构基础上自动发展。如果TOWER在设计核查模式下运行，对该结构指定荷载树形图进行分析。分析结果总结在两个文本报告（一个简洁，一个详细）、许多表格和一个几何变形窗口中。几何变形窗口说明了结构的偏离形状，并随意地表明在指定荷载工况下每个元件或部件的使用百分比。使用百分比由使用者选定的颜色标明，或部件附近显示的一个数字标明。在允许档距模式（Fig.1.1-3）下，您可指定接地线和导体每段长度的垂直荷载和水平荷载，UH和UV，它们的机械张力和结构上承载的风压。您也可指定线角范围，对此，您就可确定可允许水平档距和垂直档距。这些指定的输入数据存储在线荷载文件夹（又被命名为荷载影响系数文件夹）内，其扩展名为“.LIC”。我们经常将线荷载文件成为“LIC”文件。线荷载文件夹可以手动编辑，也可以通过PLS-CADD或其简化版本PLS-CADD/LITE自从准备。如果TOWER是在允许档距模式下运行，该结构最大允许水平档距和垂直档距将会自动确定指定线荷载。如果你确定最大可允许垂直档距应当与最大可允许水平档距的指定倍数相等，那么单套的可允许水平档距和垂直档距就能够确定了。平坦地带的指定倍数数值可能是1，而丘陵地带的比较合适的指定数值为1.3.举个例子，Fig.1.1-4中点3的水平位置和垂直位置表明了一套可允许水平档距和垂直档距，其比值约为1.3.设计结构有一个指定的允许垂直档距和水平档距的比例数值，这是一种习惯做法。不是单套的允许水平档距和垂直档距，在允许水平档距和垂直档距之间的整个交互图也可以确定指定荷载工况的数值和一个给出的最大线角。Fig.1.1-4即是一类交互图。如果在其正确位置的正确水平档距和垂直档距是该许可交互图中一个点坐标，一个塔强度就够了。由交互图而非单对允许水平档距和垂直档距形成的塔强度图形可使我们PLS-CADD的自动结构测定电位运算法则计算出更就经济的设计。从Fig.1.1-4可明显地看出，如果只考虑点3显示的一对可允许水平档距和垂直档距，A-3线以上的可行区域和B-3右边的区域不应考虑。1.1.5自动设计特性TOWER含有几个水平等级的最优化设计。其范围从超载部件尺寸的重设到整座塔角钢加工范围的最佳选择。各种各样的最优化选择参见第6章节。1.1.6在线帮助任何一个对话框都有在线帮助功能。您所需做的就是点击对话框右上角的“？”按钮，您就会被带到手册电子版的相关章节，在那儿，您可以找到适当的信息。1.1.7项目修订跟踪TOWER包含可使变化管理符合某一特定塔的特性。例如，它可以自动跟踪对原始模型做出的任何变更。该内容详述参见附录F。1.1.8自定义菜单、对话框、表格和报告TOWER可以让您自定义菜单、对话框、提示、工具栏按钮、表格和报告，因而，您具有完全的自主性将他们的文本转换成您所需要的的语言或格式。附录G对此有详细描述。自定义菜单和对话框现存于TOWER中的语言版本有英语、法语和西班牙语。1.1.9多塔分析的综合结果当您需要设计一系列塔，而各个塔又有其不同的塔身和塔腿延伸组成时，确定每一组部件或塔基的最大力和强度就变得非常重要，同时还须考虑到这些部件和塔基在整个系列塔中所可能出现的使用情形。TOWER让您将多个塔分析运行联合起来，并将所有结果提交至易查看的表格和报告。该内容详述参见附录C。1.2TOWER模型1.2.1接头和分支TOWER运用有限元分析（矩阵法）的静电理念确定各种荷载工况条件下每个塔部件的轴向力和压力。然后，这些力将根据特定设计标准与允许值相比较。由TOWER创建的数学模型是一个由悬架扭杆或曲形部件（元件）连接起来的接头（结点）的集合体。TOWER使用悬架扭杆（桁架杆元）塑模角钢（或圆形）部件和两部分绝缘子，它们能够承受拉力和张力。它应用熔丝（只有张力部件）塑模只能承受张力的角钢（或圆形）部件。熔丝还可用于塑模线性分析中的拉线（电缆）。TOWER运用线元素塑模非线性分析中的拉线（电缆），和不能承受压力的两部分绝缘子。它选择性地运用梁单元塑模某些角钢（或圆形）部件作为一种处理易变形平面接头的方式或加强接头处坚固度的装置。而梁单元也可用于稳固稳定的平面接头和装置（参见１.２.３.４小节），在TOWER中，没有针对这些小部件所从属部件的设计核查模式。在设计周密的格子塔部件中不能够有重大的弯曲力矩，除了那些正常框架偏心率的弯曲力矩。因此，这些部件通常情况下是不被计算的。它们被一些法规和标准间接地考虑在内，而这些法规和标准指定了与正常框架偏心率相连部件的挤压承受力的正常降低值。力矩非常重要的塔应当应用有限元程序通用功能分析，如我们的基础塔的几何尺寸由其连接处位置来界定。每个接头处都有一个唯一的识别标签，并位于一定的坐标内，该坐标则与一个全球三维坐标系统相连。塔几何则通过部件和接头处的连接练成。为保证塔的精确性和稳定性，最小连接件和部件的选择则须与结构工程相匹配。在模型中加入多余的（支撑）构件通常情况下既不实际，也没必要。一些基本规则是：*必须有足够的连接件和部件才能形成一个稳定的三维三角网，而该三角网能承载其应用连接件向下至基础连接件所有的荷载。*连接件必须放在附加绝缘子或集中荷载应用的地方。*在每个地基地点，都必须有一个连接件。*由其它部件形成的一个三角架内的部件通常都是多余的（支撑）部件，而且无需包含在模型之中。例如，图1.2-1标明了一个简化塔（章节7中例1的镜像）的模型。连接件用标签标明，标签应标在圆圈内。章节4.3.1讨论了用于命名和展示圈内连接件的惯例，图1.2-1展示了现实中塔构成所需要的所有部件。然而，所有用粗线（除了标有“stabilizingmember”的部件）画的部件都是无须包含在模型中的多余支撑部件。如果你在模型中加入这些，如果所有的塔部件在模型设计时都被设计成桁架元素，你将发现在线性分析中它们是无效的。因此，加入这些元素将使你的模型复杂化，因为它需要更多的没有任何附加说明的连接件和部件。在绝大多数分析中，多余的支撑构件不承载任何荷载，因此，它们的设计宗旨不是为了承载设计荷载。相反，它们的设计（当前，TOWER还不包含该项）是为了界定其尺寸：1）有一个最小值的正常长细比（L/r最小值），2）能够承受一个攀爬者及其所携带设备的横向负载，或者3）能够承受它们所支撑的部件内的一定比列（1-3%）的压缩负载。在限定它们所支撑的部件的不加撑长宽比（4.6中的RLX，RLY和RLZ数据）时，多余的部件须考虑在内。例如，图1.2-1中支撑塔腿的的多余部件在立柱的第三点处就提供了支撑点。因此，正如例1中所看到的，不加撑的长宽比比值0.333在描述这些立柱时是被限定的。1.2.2桁架、横梁和tension-onlymembers（仅有张力的部件）使用TOWER软件，你通常可以模拟处角钢和圆形部件，且带有桁架或横梁部件，而这些部件可承受住张力和压缩力。然而，某些旧塔上的一些对角线或挂臂撑设计的设计基础是这样一种假设—这些对角线或挂臂撑不能承担压缩力，即，它们的某些性能更像是电缆线。当对角线和挂臂撑以这种假设条件进行设计时，它们被成为“tension-only”members（仅有张力的部件）。在以往的设计中，Tension-onlymembers常常被简单地认作是长细比较大部件，如L/r比通常情形下最大所允许值250还要大很多。在TOWER中，如果你指定一个部件为“Tensiononly”（4.5小节中，使用T-Only或T-Only横梁作为部件类型），如果其压缩力超过其适当的压缩强度范围（如果选用EDF规范，其压缩强度范围对应Hyp.1荷载），那么该部件则被认定是弯曲的（即，完全失去其压缩强度）。然而，当以张力测量时，它却又像正常部件那样。这种假定情形在图1.2-2中给出。重要事项：图1.2-2所示的某个tension-onlymember的测定压缩强度，该强度用于确定该部件是否应当被移除，但该强度范围不包括为当前荷载工况指定的钢铁部件的强度系数。因此，如果强度系数小于1，一个tension-only部件的压缩力可能会大于其压缩强度与其强度系数的乘积，那么，其百分比也超过100%，因为它没有从模型中移除。Tension-only部件使格子塔的线性分析复杂化了。没有它们，单独一个刚度矩阵就能确定一座塔，所有荷载工况可一次同时分析。然而，当tension-only部件变弯时，塔的整个刚度矩阵都会变化。由于在不同的荷载工况下不同的tension-only部件会出现弯曲现象，所以，只要有tension-only部件，每种荷载工况都要求单独分析。在TOWER，只要出现一个tension-only部件，就要利用以下运算法则进行线性分析。每个荷载工况都须单独分析，每个荷载工况须用最多次数即5次迭代解，以在每个迭代法之内发现并尽可能地移除变形的tension-only部件。因此，对于每种荷载工况，可能会得出并解决多次刚性矩阵。而对于NLC（非线性计算）荷载工况，一个tension-only分析所必需的电脑时间多达（5xNLC）无tension-only部件分析时间的几倍。很明显，除非tension-only是设计的一个基本运算，这种类型的分析必须是要避免的。对于非线性分析，tension-only部件则由SAPS分析引擎当作桁架或横梁轴熔线元件进行内部处理。因为其它几种原因超出该手册范围，我们强烈建议你在你的模型包含“tension-only”部件时运用非线性分析。另外，我们还建议你在所有包含“tension-only”部件（详细内容参见）的面板边缘使用横梁元作为垂直或近乎垂直元。因使用非线性分析和横梁元会导致解决问题的时间大量延长，但是，如果你想避免一个潜在的不稳定模型带来的收敛问题，这是值得的。在任何情形下，“tension-only”分析的结果常常会进行工况荷载核查，此工作由一名经验丰富的工程师完成，以确保结果正确。还有一些其它情况，一对横拉条元均受压并由“tension-only”运算法则剔除，而这有可能做出一座不稳定的塔。1.2.3平面接头和机械装置仅仅在模型塔桁架杆元（即精确的三维桁架单元模型）重复出现的一个问题是平面接头和机械装置问题。在三维桁架单元中，所有的接头都被当作理想的销连接万向接头。这类模型中的平面接头位于同一平面部件的交叉处。在图1.2-1中，这类平面接头就是编号A1的右臂较低桁材的平面接头和编号P1的接电线顶端中间部位的平面接头。如果其顶端垂直方向的多余部件不包含在此模型中，A1接头是平面接头。三维桁架模型中平面接头的问题是在与平面垂直的方向没有精确的刚度数字（至少在第一阶线性分析中没有）。如果模型中的任何接头的刚度为零，在解决时间得到的依然是零分配（即计算机误差）。平面接头最好的解决方法是尽可能地回避它们。例如，没有必要在横拉条交叉部分搁置接头，这也是不好的做法，即使通常情况下，现实中将部件用螺栓固定在该位置。然而，在许多情况下，平面接头是不可回避的，如在塔上和柱杆处，在这些地方，主要拐角部件由错开的支柱支撑。以下描述了四种可避免模型中出现零刚度接头的方法。使用仿制元件第一种方法就是在平面接头和临近的固定接头之间加入虚拟（仿制的）元件。这是一种比较传统的方法，它在进行线性分析时状态良好，但是，如果这个虚拟元件硬度不够，在进行非线性分析时，可能仍会导致产生一个不稳定模型，虚拟元件本身必须具备一定小数值的强度（即有很小的截面积），这样，它才不会影响模型中力的分配。例如，图1.2-1中A1接头和P1接头就可以通过嵌入虚拟元件进行稳固。第7节例1“Ex1PreV7.tow”另一个模型就采用了这种做法。一组虚拟元件应当有个名字，可以以ZZ两个字母为开头，或者如图4.5-1中AngleGroups表格中的GroupType一栏写上“Fictitious”字样。这可以让用户选择是否要在图形表中标明虚拟元件。许多老塔模型已经使用虚拟元件稳固接头了。然而，正如所描述的，我们不建议使用虚拟元件。如果PLS-CADD中的TOWER模型使用了虚拟元件，虚拟元件可能会干扰电气间隙计算。去除自由度第二种方法只有在3X方向、Y或Z方向平面外方向一致且采用线性分析时才可使用。在这种情况下，不稳定问题仅仅通过去除该方向的接头自由度就可解决了。比如，图1.2-1中的A1接头就可通过去除其在Z方向的的自由度保持稳固。通过稳固接头得到的杆力将会在线性分析中核对，此时，去除自由度的接头位置不会再在任何外在的偏离模型进行核对。增加虚拟弹簧第三种方法就是系统地增加虚拟弹簧，且所有接头的X，Y和Z方向都有小量的轴向刚度。TOWER中总是运用这类方法，即使同时也使用其它稳固接头的方法。将刚度仅为1N/m的虚拟弹簧插入每个接头处的X，Y和Z三个方向。这样可以避免平面接头处的零分配，通常也能保证获取平衡解。在最终的几何窗口中查看平衡解，就能看到放大的不稳定接头或机械装置。然后，不稳定的接头和机械装置就能被稳固了。然而，如果使用非线性分析，这种方法也可能导致产生不稳定模型。使用横梁元第四种方法就是用横梁元代替某些与平面接头相接的桁架元。横梁元在X，Y和Z三个方向都会提供一定的刚度。在这儿要强调的是TOWER中使用横梁元的主要目的是稳固平面接头和接卸装置。当横梁元末端的剪切力和力矩在内部进行计算，且分担塔的平衡（你可以利用Model/Results/Momentsforanglemembersmodeledasbeams看到力矩大小）时，它们就不会在其它设计核查中被运用。至于设计目标，横梁元仍被认定为轴向负载。当横梁元（或tension-only横梁元）被用于角钢部件时，它们的截面特性就确定了，中有此描述。重要事项：借助于现代计算机的速度和记忆力，我们现在建议在一定数量的塔模型中采用横梁元。使用横梁元有优点，即可以消除平面接头和机械装置问题，它还能改进现实塔中部件力的计算，而在现实塔中，部件不是作为构架模型假设栓接的。对于含有tension-only部件的塔来说，这一点非常重要，因为机械装置的不稳定状态可能在这些塔的任一分析阶段出现。我们建议除斜线和单个横梁外，其它所有塔部件在做模型时都做成横梁元。如果斜线或支杆在末端之间有中间接头，那么它也应该做成横梁元模型。例如，图1.2-3中的粗线在模型中就是横梁元，细线就是桁架元。采用这种建模方法，除塔基接头以外的所有接头都不能有转动约束力，即在和小节中的原生节理和次生节理表格中，转动XYZ约束力的标记必须设定为“Free”。斜线和单个横梁须仍以桁架元建模（一些拉线通讯杆上的单个水平横梁除外，拉线通讯杆必须以横梁建模，尤其是在它们靠近一些天线架的情形下）。建模为横梁可能会导致产生过度刚硬的塔，因为牟星中所有接头都像是坚硬的焊接节点，而不是比较灵活的螺栓连接。当横梁元能用于稳固模型时，这种模型仍须是三角式的，保证其现实可行。例如，图1.2-3中右边模型就会给出答案，在水平横梁桥顶端和底部的水平横梁之间没有斜线，此时，该答案将是完全错误的。7.1小节的“ex1.tow”例子表明了横梁元是如何应用于塔模型中的。该分析结果可能会和仅有桁架元的模型的分析结果有些许不同，但是，我们相信用横梁元建模将会给予部件一个更好的轴向力，因为它更接近现实情况。如果你运行非线性分析，我们也强力推荐运用横梁元稳固平面接头。虚拟元件可能没有足够的刚度阻止线性分析中平面接头的平面外变形。Tension-only横梁元：如果有实体的tension-only部件（例如塔左右侧之间的整条斜线）末端之间有中间接头，如果这些中间接头是不稳固的平面接头，你也许需要拆散该部件，换成一些列横梁元。在这种情形下，只有一个横梁元（但是超过一个，因为这里不讨论数值原因）须是T-only类型的横梁（元类型在4.5节描述）。在这种情况下，须确保T-only横梁元的不加撑的长细比将会给予整个tension-only部件正确的压缩力容量。通常情况下，有必要使用大于1的不加撑长细比，以达到此效果。如何稳固机械装置含有机械装置的三维桁架也会出现不稳定性。机械装置存在于非完全三角式的模型中（如菱形横隔板），或者当同一平面中的两条斜线同时受到挤压，机械装置存在于含有tension-only部件的塔中。例如，没有了“稳固件”，如果用桁架件建模，图1.2-1C-C小节的整个横隔板都是不稳定的。如果你想在X轴向上用力推接头L1，你不会遇到任何阻抗力，就像接头L2在Y轴向上移动。稳固机械装置的方法有两种，利用增加的虚拟部件做成三角式，或者利用横梁元。稳固件可以是带有小横截面的仿制部件，正如图1.2-1中所示，7.1章节例1另一种模型“Ex1PreV7.tow”所示。然而，为了避免出现不稳固机械装置，我们强烈建议你使用中描述的横梁元，就像例1“Exl.tow”模型中所展示的那样。1.2.4TOWER的标准工作过程TOWER标准的建模和分析过程包含以下步骤：在General菜单中选择分心类型和其它选项，在File/Preferences菜单中指定组件数据库（图书馆），必要时在Components表格中运用你公司的特定结构部件编辑或添加适当的组件数据库，3章节中有此介绍。按照章节4描述，从Geometry菜单中的部件创建接头、配置塔。在InitialGeometryWindow中运用指令Model/Check核对结构模型。图1.2-4标明了其中两种不同的方法，通过这两种方法，可在InitialGeometryWindow中看到结构状况。章节5介绍了在菜单中你可以指定设计矢量荷载（".lca"file）、设计线载（".lic"file）或其它荷载文件。如果你运行设计线载，须确保你的结构模型是稳固的，确认方式是首先运用一些与小量水平档距相对应的设计矢量荷载分析它。运用Model/Run指令开始该分析。这将会核查你的模型的完整性和通常的建模误差。如果没有发现任何错误，即可执行分析。在以下方面核查该分析：1），DeformedGeometryWindow2）通过Model/Results你可以看到多个ResultsTables，3）SummaryReportWindow的短小文本报告，或者4）AnalysisResultsWindow的完整文本报告。图1.2-5标明了其中两种方式，可通过这两种方式在DeformedGeometryWindow中查看结构状况。对于一种极端的风吹情形，左边平面表明了整个变形几何图像，而右边平面则表明的一些角钢部件使用百分比。如果你选择该项生成可允许范围内水平档距和垂直档距之间的交互图，那么它们会出现在AnalysisResultsWindow中。7.6章节中的图7-2即是这类图。执行章节6中所介绍的某些设计功能，你能够手动操作进行设计选择，也可以让TOWER自动完成整个程序，得出一个最优化设计。各个制图命