架空输电铁塔有限元建模与极限承载力计算分析

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架空输电铁塔结构完整性直接影响铁塔建设资金投入的大小，运行中的输电塔线体系一旦发生破坏，会给沿线的工业生产和社会生活带来巨大影响。因此，研究架空输电铁塔极限承载力具有重要的工程价值和现实意义。
　　架空输电铁塔结构在工作过程中会遇到如地震，大风等极端条件，结构承受的载荷会超过设计载荷，因此，对于新设计的塔型需要考察其极限承载力。目前，国内外对输电铁塔结构极限承载性能的研究以真型试验为主，真型试验耗费大、周期长，得到的数据也有限，所以有必要对架空输电铁塔的极限承载力开展数值计算研究。塔架结构的极限承载力计算涉及结构屈曲和后屈曲变形，非常复杂。
　　本文使用大型通用有限元分析软件LS-DYNA，分别建立了某真型铁塔杆单元、梁单元和壳单元三维有限元模型，使用LS-DYNA显式算法计算了三种模型在60度大风载荷超载50％瞬态加载工况和缓慢加载工况的位移变化过程，针对输电铁塔模型承载位移变化，分析了输电塔破坏的部位和构件，并与该输电铁塔真型试验结果进行了比较，对比分析了三种模型计算输电铁塔的优劣，得出的主要结论如下：
　　1.杆模型，梁模型和壳模型都可以模拟输电铁塔极限承载行为，与真型试验相比，三种模型计算精度不一样。
　　2.载荷不超过8％时，塔架产生弹性小变形，三种模型计算得到的测点位移是一样的。
　　3.载荷介于8％和50％之间时，壳模型精度整体来看要高于梁模型，缓慢加载工况最大误差为52％，梁模型最大误差为254％。载荷超过10％时，杆模型计算位移与壳模型最大相差9倍左右，载荷超过30％时，杆模型出现整体失稳，远远超出测点位移实测值。
　　4.载荷介于50％和100％之间时，梁模型计算得到的测点位移要高于壳模型，缓慢加载工况最大误差为32％，而此时壳模型最大误差达70％，杆模型计算位移远远超出实测值。
　　5.载荷介于100％和超载10％之间时，塔架少数构件进入塑性状态，此时，梁模型计算得到的测点位移精度高于壳模型，缓慢加载工况最大误差为22％，而壳模型最大误差为61％，杆模型计算位移远远超出实测值。
　　6.载荷介于超载10％和超载30％之间时，塔架较多构件进入塑性状态，部分构件屈曲，此时，梁模型计算得到的测点位移要高于壳模型，缓慢加载工况中最大误差为25％，此时壳模型最大误差达342％，杆模型计算位移远远超出实测值。
　　7.加载超过30％时，塔架杆模型出现整体失稳；瞬态加载工况超载30％时，塔架梁模型出现整体失稳；瞬态加载工况超载20％时，塔架壳模型出现整体失稳。
　　8.缓慢加载工况测点位移精度高于瞬态加载工况；梁单元模型缓慢加载工况得到的结构极限承载力和测点位移与真型试验最为接近。

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作者
龚政;
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作者单位

华中科技大学;

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授予单位华中科技大学;
学科工程计算仿真与软件技术
授予学位硕士
导师姓名刘小虎;
年度 2014
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TU312.1;
关键词
架空输电铁塔建筑; 极限承载力; 结构稳定性; 有限元建模;

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