專利名稱：一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及特高壓輸電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì) 算方法及裝置。
背景技術(shù)：
為了減少輸電損耗，提高輸電質(zhì)量，我國(guó)目前建設(shè)了首條特高壓輸電線路。
特高壓交流輸電，是指1000kV及以上電壓等級(jí)的交流輸電工程及相關(guān)技 術(shù)。特高壓輸電技術(shù)具有遠(yuǎn)距離、大容量、低損耗和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)。雖然特高 壓輸電技術(shù)具有以上優(yōu)點(diǎn)，但是由于特高壓的電壓等級(jí)很高，對(duì)輸電線路鐵塔 都有很高的要求。
由于鋼管的截面特性優(yōu)良、構(gòu)件體形系數(shù)小、外形美觀，并且鋼管塔能顯 著降低塔重，因此鋼管塔在我國(guó)特高壓輸電線路的建設(shè)中被廣泛采用。特高壓 鋼管塔作為特高壓輸電線路的重要組成部分， 一旦發(fā)生事故，對(duì)電網(wǎng)將造成災(zāi) 難性的沖擊。特高壓電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)^"關(guān)系著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的安全，這對(duì)特 高壓鋼管塔的可靠性提出了更高的要求。
目前關(guān)于鋼管塔的內(nèi)力計(jì)算均采用整體空間桁架法進(jìn)行^^莫型簡(jiǎn)化計(jì)算。整 體空間桁架法分析鋼管塔的內(nèi)力時(shí)，假定所有桿架均為兩端鉸接只受軸向力作 用的桿單元。
SZT2鋼管試驗(yàn)塔是國(guó)內(nèi)第一基1000kV特高壓雙回路輸電線路真型試驗(yàn) 塔，目前還沒有成熟的桿塔設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程，試驗(yàn)鋼管塔設(shè)計(jì)主要參照《1000kV 交流架空輸電線路設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定》(Q/GDW 178-2008)及《架空送電線 路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5154 - 2002 )中的有關(guān)條文進(jìn)行設(shè)計(jì)，整 塔采用整體空間桁架法進(jìn)行內(nèi)力分析計(jì)算。試驗(yàn)結(jié)果表明塔身主材試驗(yàn)分析所 得的實(shí)測(cè)內(nèi)力均比理論計(jì)算內(nèi)力偏大，并且受壓腿部和塔身主材端部出現(xiàn)了明 顯的局部屈曲現(xiàn)象。
因此，目前這種利用整體空間街架法計(jì)算鋼管塔的內(nèi)力與實(shí)際內(nèi)力不一 致，計(jì)算不準(zhǔn)確。

發(fā)明內(nèi)容
6本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法及裝置， 能夠準(zhǔn)確計(jì)算鋼管塔的內(nèi)力。
本發(fā)明實(shí)施例提供一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，包括 將鋼管塔的主材釆用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算內(nèi)力； 將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元模型來計(jì)算內(nèi)力。 優(yōu)選地，所述鋼管塔的主材包括
上導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、上導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、中導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、 中導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、地 線支架上平面主材、地線支架下平面主材和塔身主材。
優(yōu)選地，還包括將大風(fēng)工況作為塔身主材控制工況。
優(yōu)選地，所述將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算內(nèi)力，具體為
分別計(jì)算梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力；
選取所述梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力中的較大值作為梁?jiǎn)卧氖芰Α?優(yōu)選地，所述將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元模型計(jì)算內(nèi)力，具 體為
分別計(jì)算桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力；
選取所述桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力中的較大值作為桿單元的受力。 優(yōu)選地，所述梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力的計(jì)算具體為
4 一 ^『"—^『"z
其中/y、 ^為與截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)于圓管截面^、 h取值均為1.15; Mv、 M-分別為同一截面處繞y軸和繞z軸的彎矩；環(huán)；和 P^分別為對(duì)y軸和對(duì)z軸的凈截面模量；
N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；
公式中的加號(hào)和減號(hào)選擇具體為軸力與彎矩產(chǎn)生同向應(yīng)力時(shí)取加號(hào)，反
向應(yīng)力時(shí)取減號(hào)；
所述梁?jiǎn)卧姆€(wěn)定應(yīng)力的計(jì)算具體為
_， W ,其中<formula>formula see original document page 8</formula>
p為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；
m為所計(jì)算主材段范圍內(nèi)的最大彎矩；
^為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的毛截面模量；
凡為等效彎矩系數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>m,和M2為端彎矩，使構(gòu)件產(chǎn)生同
向曲率時(shí)取同號(hào)，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí)取異號(hào)，|m，|^m2|; N為^H牛軸力，A為^H牛毛截面積。 優(yōu)選地，所述桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力的計(jì)算具體為<formula>formula see original document page 8</formula>
N為桿件軸力，An為桿件的凈截面積； 所述桿單元的穩(wěn)定應(yīng)力的計(jì)算具體為
<formula>formula see original document page 8</formula>
^為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；N為桿件軸力，A為桿件 的毛截面積、。
本發(fā)明實(shí)施例還提供一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置，包括梁?jiǎn)卧獌?nèi)力 計(jì)算單元和桿單元內(nèi)力計(jì)算單元；
所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì)算單元，用于將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算內(nèi)
力；
所述桿單元內(nèi)力計(jì)算單元，用于將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元 模型來計(jì)算內(nèi)力。
優(yōu)選地，所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì)算單元包括梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊、梁?jiǎn)卧?穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊和梁?jiǎn)卧獌?nèi)力比較模塊；
所述梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)
力4 Wv尺'l
其中A為與截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)于圓管截面/, A取值均為1.15; M, M:分別為同一截面處繞y軸和繞z軸的彎矩；Pf^.和 『^分別為對(duì)y軸和對(duì)z軸的凈截面才莫量；
N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；
公式中的加號(hào)和減號(hào)選擇具體為軸力與彎矩產(chǎn)生同向應(yīng)力時(shí)取加號(hào)，反 向應(yīng)力時(shí)取減號(hào)；
所述梁?jiǎn)卧€(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算梁?jiǎn)卧姆€(wěn)定應(yīng)
力
^丄+
其中A^=;r2￡^/(1.U2);
P為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；
M為所計(jì)算主材段范圍內(nèi)的最大彎矩；
巧為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的毛截面模量；
/ 為等效彎矩系數(shù)，A = 0.65 +0.35M,和A為端彎矩，使構(gòu)件產(chǎn)生同
向曲率時(shí)取同號(hào)，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí)取異號(hào)，IM,I^M"; N為桿件軸力，A為桿件毛截面積；
所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力比較單元，用于比較所述梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊和梁?jiǎn)?元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊計(jì)算的力的大小，將較大值作為梁?jiǎn)卧膬?nèi)力。
優(yōu)選地，所述桿單元內(nèi)力計(jì)算單元包括桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊、桿單元 穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊和桿單元內(nèi)力比較模塊；
所述桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算桿單元的強(qiáng)度應(yīng)
力
o"3 =——
9N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；
所述桿單元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算桿單元的溫度受
力
cr4 =——
p為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；N為桿件軸力，A為桿件 毛截面積；
所述桿單元內(nèi)力比較單元，用于比較所述桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊和桿單
元穩(wěn)定應(yīng)力模塊計(jì)算的力的大小，將較大的力作為桿單元的內(nèi)力。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
本發(fā)明提供的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法和裝置，將鋼管塔的主材建立為 梁?jiǎn)卧?jì)算其受力情況，將除了主材以外的部分建立桿單元計(jì)算其受力情況。
由于桿單元為桿件兩端4交接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均只可產(chǎn)生三個(gè)方 向的線位移，只能承受軸向力而不能承受彎矩；梁?jiǎn)卧獮闂U件兩端剛接的單元 類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移， 能夠承受軸向力和彎矩。這樣計(jì)算出來的鋼管塔受力更接近真實(shí)鋼管塔的受力 情況，比現(xiàn)有技術(shù)中完全將鋼管塔按照桿單元來計(jì)算其受力更加準(zhǔn)確。


圖1是本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法第一實(shí)施例流程圖； 圖2是本發(fā)明特高壓鋼管塔示意圖3是本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法第二實(shí)施例流程圖； 圖4是本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖； 圖5是本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì) 本發(fā)明的具體實(shí)施方式
估文詳細(xì)的i兌明。 方法實(shí)施例一
參見圖1,該圖為本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法第一實(shí)施例流程圖。 S101:將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算內(nèi)力。參見圖2，該圖為本發(fā)明特高壓鋼管塔示意圖。
所述鋼管塔的主材包括
上導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材201、上導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材202、中導(dǎo)線一黃4旦上 平面主材203、中導(dǎo)線沖黃:擔(dān)下平面主材204、下導(dǎo)線4黃4旦上平面主材205、下 導(dǎo)線;f黃擔(dān)下平面主材206、地線支架上平面主材207、地線支架下平面主材208 和塔身主材209。
以上所述主材均采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算這些部件的受力情況。梁?jiǎn)卧獮闂U 件兩端剛接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移和三個(gè) 方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，能夠承受軸向力和彎矩。
梁?jiǎn)卧瘸惺茌S向力又承受彎矩。
S102:將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元模型來計(jì)算內(nèi)力。
如圖2所示，除了主材以外的其他部分均采用桿單元模型來計(jì)算其受力情
況。桿單元為桿件兩端鉸接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均只可產(chǎn)生三個(gè)方
向的線位移，只能承受軸向力而不能承受彎矩。
需要說明的是，S101和S102的時(shí)間順序不做限制。
本發(fā)明提供的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，將鋼管^^的主材建立為梁?jiǎn)卧?模型計(jì)算其受力情況，將除了主材以外的部分建立桿單元模型計(jì)算其受力情
況。由于桿單元為桿件兩端鉸接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均只可產(chǎn)生三 個(gè)方向的線位移，只能承受軸向力而不能承受彎矩；梁?jiǎn)卧獮闂U件兩端剛接的 單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位 移，能夠承受軸向力和彎矩。這樣計(jì)算出來的鋼管塔受力更接近真實(shí)鋼管塔的 受力情況，比現(xiàn)有技術(shù)中完全將鋼管塔按照桿單元來計(jì)算其受力更加準(zhǔn)確。
方法實(shí)施例二
下面詳細(xì)介紹梁?jiǎn)卧蜅U單元受力的計(jì)算方法。
無論是梁?jiǎn)卧€是桿單元均從強(qiáng)度和穩(wěn)定性兩個(gè)方面分別計(jì)算其受力情 況，取其中較大值作為受力標(biāo)準(zhǔn)。
參見圖3，該圖為本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法第二實(shí)施例流程圖。 所述將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算內(nèi)力，具體為
iiS301:分別計(jì)算梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力, 梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力的計(jì)算具體為
<formula>formula see original document page 12</formula>
其中^、 A為與截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)于圓管截面4、 ^:f又值均為1.15; M, M,分別為同一截面處繞y軸和繞z軸的彎矩；fT^和 『 2分別為對(duì)y軸和對(duì)z軸的凈截面模量；
N為桿件軸力，A。為桿件凈截面積；
公式中的加號(hào)和減號(hào)選擇具體為軸向力與彎矩產(chǎn)生同向應(yīng)力時(shí)取加號(hào)， 反向應(yīng)力時(shí)取減號(hào)。
梁?jiǎn)卧姆€(wěn)定應(yīng)力的計(jì)算具體為
,2 =上+ ^^
w五
;^(1 — 0.87) 其中《=;rl&4/(l.U2);
p為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；
m為所計(jì)算主材段范圍內(nèi)的最大彎矩；
巧為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的凈截面模量；
〃為等效彎矩系數(shù)，^=0.65 + 0.35^; M,和M2為端彎矩，使構(gòu)件產(chǎn)生同
向曲率時(shí)M,和M2取同號(hào)，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí)M,和M2取異號(hào)，iMd—Md; N為桿件軸力，A為桿件毛截面積。
S302:比較梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力(jl和穩(wěn)定應(yīng)力o"2的大小，取其中的較大值 作為梁?jiǎn)卧膬?nèi)力。
S303:分別計(jì)算桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力。 桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力的計(jì)算具體為
N為桿件軸力，An為桿件凈截面積。
12桿單元的穩(wěn)定應(yīng)力的計(jì)算具體為
<formula>formula see original document page 13</formula>
^為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；N為桿件軸力，A為桿件 毛截面積。
S304:比較桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力a3和穩(wěn)定應(yīng)力cr4的大小，取其中的l交大值 作為桿單元的內(nèi)力。
需要說明的是，上述計(jì)算梁?jiǎn)卧膬?nèi)力和桿單元的內(nèi)力沒有先后順序。 計(jì)算出梁?jiǎn)卧膬?nèi)力和桿單元的內(nèi)力以后，在設(shè)計(jì)鋼管塔時(shí)以此內(nèi)力為依
據(jù)進(jìn)行選材，使鋼管能夠承受較大的內(nèi)力，以免在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)拉、壓或壓
彎的破壞情況。
下面結(jié)合具體一個(gè)鋼管塔模型介紹應(yīng)用本發(fā)明所述方法計(jì)算出來的鋼管 塔各個(gè)桿件的內(nèi)力狀態(tài)。
特高壓雙回路鋼管塔呼高51m,全高98m,塔重198t。 水平檔3巨460m，垂直檔3巨365m ~ 700m。 設(shè)計(jì)風(fēng)速30m/s,覆水厚度15mm。
上導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、上導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、中導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、 中導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、地 線支架上平面主材、地線支架下平面主材及塔身主材采用梁?jiǎn)卧?，其余塔材?用桿單元，建立梁桿混合單元計(jì)算^t型。
分別對(duì)該模型進(jìn)行大風(fēng)工況、覆水工況、斷線工況、安裝工況等共計(jì)79 個(gè)工況的分析計(jì)算。
將鋼管塔梁?jiǎn)卧蜅U單元受力最大的工況作為基準(zhǔn)，以此工況下的受力作 為依據(jù)來選擇鋼管塔的材料。
其中60度大風(fēng)工況作為塔身主材的控制工況。
在60度大風(fēng)塔身主材的控制工況下，以塔身變坡處上、下主材及塔腿處 塔身主材為例說明梁?jiǎn)卧鞑牡膬?nèi)力計(jì)算結(jié)果，并按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50017-2003 )中關(guān)于壓彎構(gòu)件強(qiáng)度和穩(wěn)定的計(jì)算公式進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，然后比較 計(jì)算結(jié)果，以較大的力作為內(nèi)力。塔身變坡處上主材軸壓力為6536.16kN，兩端彎矩最大值分別為 424.52kN-m和51.95kN.m,其強(qiáng)度應(yīng)力為322.25MPa，穩(wěn)、定應(yīng)力為297.28MPa。
塔身變坡處下主材軸壓力為7061.16kN，兩端彎矩最大值分別為 427.57kN-m和49.54kN'm,其強(qiáng)度應(yīng)力為340.85MPa,穩(wěn)、定應(yīng)力為344.93MPa。
塔腿處塔身主材軸壓力為7136.64kN,兩端彎矩最大值分別為252.41kN-m 和2.96kN-m，其強(qiáng)度應(yīng)力為275.19MPa，穩(wěn)定應(yīng)力為283.40MPa。
采用輸電鐵塔通用計(jì)算方法整體空間桁架模型對(duì)該特高壓鋼管塔進(jìn)行計(jì) 算分析。60度大風(fēng)工況下
塔身變坡處上主材軸壓力為6632.54kN,彎矩值為零，控制應(yīng)力值為 247.2MPa。塔身變坡處下主材軸壓力為7164.90kN,彎矩值為零，控制應(yīng)力值 為266.3MPa。塔腿處塔身主材軸壓力為7387.28kN,彎矩值為零，控制應(yīng)力值 為252.7MPa。
將特高壓鋼管塔梁桿混合單元模型下主材梁?jiǎn)卧挠?jì)算結(jié)果與整體空間 街架模型主材桿單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。
梁桿混合模型下主材強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力與整體空間桁架模型下主材控 制應(yīng)力的比值，塔身變坡處上主材強(qiáng)度應(yīng)力比為1.304，穩(wěn)定應(yīng)力比為1.203; 塔身變坡處下主材強(qiáng)度應(yīng)力比為1.280,穩(wěn)定應(yīng)力比為1.295;塔腿處塔身主材 強(qiáng)度應(yīng)力比為1.089，穩(wěn)定應(yīng)力比為1.121。
由此可見，特高壓鋼管塔梁桿混合單元模型下，計(jì)算的主材應(yīng)力較整體空 間桁架模型下計(jì)算的主材應(yīng)力有明顯的提高。
穩(wěn)定應(yīng)力的提高可以解釋特高壓鋼管塔真型試驗(yàn)塔身主材端部的局部屈 曲現(xiàn)象，強(qiáng)度應(yīng)力的提高可以解釋特高壓鋼管塔真型試驗(yàn)實(shí)測(cè)應(yīng)力較理論計(jì)算 應(yīng)力偏大的問題。梁桿混合單元計(jì)算模型能夠更加準(zhǔn)確地反映特高壓鋼管塔的 實(shí)際受力狀態(tài)，計(jì)算方法更加合理。
基于上述一種特高壓鋼管i^內(nèi)力計(jì)算方法，本發(fā)明還提供了一種特高壓鋼 管塔內(nèi)力計(jì)算裝置，下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳細(xì)說明其組成部分。
參見圖4,該圖為本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例提供的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置包括梁?jiǎn)卧獌?nèi)力 算單元 401和桿單元內(nèi)力計(jì)算單元402。所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì)算單元401,用于將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì) 算內(nèi)力。
所述鋼管塔的主材包括
上導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、上導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、中導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、 中導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、地
線支架上平面主材、地線支架下平面主材和塔身主材。
以上所述主材均采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算這些部件的受力情況。梁?jiǎn)卧獮闂U 件兩端剛接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移和三個(gè) 方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，能夠承受軸向力和彎矩。
梁?jiǎn)卧瘸惺茌S向力又承受彎矩。
所述桿單元內(nèi)力計(jì)算單元402,用于將鋼管塔除了主材以外的部分釆用桿 單元模型來計(jì)算內(nèi)力。
除了主材以外的其他部分均采用桿單元模型來計(jì)算其受力情況。桿單元為 桿件兩端鉸接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均只可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移， 只能承受軸向力而不能承受彎矩。
本發(fā)明提供的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置，將鋼管i^的主材建立為梁?jiǎn)卧?計(jì)算其受力情況，將除了主材以外的部分建立桿單元計(jì)算其受力情況。由于桿 單元為桿件兩端鉸接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均只可產(chǎn)生三個(gè)方向的線 位移，只能承受軸向力而不能承受彎矩；梁?jiǎn)卧獮闂U件兩端剛接的單元類型， 單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，能夠壽義 受軸向力和彎矩。這樣計(jì)算出來的鋼管塔受力更接近真實(shí)鋼管塔的受力情況， 比現(xiàn)有技術(shù)中完全將鋼管塔按照桿單元來計(jì)算其受力更加準(zhǔn)確。
參見圖5，該圖為本發(fā)明特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖。
本實(shí)施例提供的梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì)算單元包括梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊501、 梁?jiǎn)卧€(wěn)定應(yīng)力計(jì)算才莫塊502和梁?jiǎn)卧獌?nèi)力比較模塊503。
所述梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊501,用于通過以下公式計(jì)算梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度 應(yīng)力其中^、 ；^為與截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)于圓管截面^、 ^取值均為1.15; M, M,分別為同一截面處繞y軸和繞z軸的彎矩；『^和 『 2分別為對(duì)y軸和對(duì)z軸的凈截面模量；
N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；
公式中的加號(hào)和減號(hào)選擇具體為軸力與彎矩產(chǎn)生同向應(yīng)力時(shí)取加號(hào)，反 向應(yīng)力時(shí)取減號(hào)；
所述梁?jiǎn)卧€(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊502，用于通過以下公式計(jì)算梁?jiǎn)卧姆€(wěn)定 應(yīng)力
^ ，-0.8^)
其中《=兀2^&4/(1.1;12);
p為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；
m為所計(jì)算主材段范圍內(nèi)的最大彎矩；
^為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的凈截面模量；
/ 為等效彎矩系數(shù)，^=0.65 + 0.35^; m,和似2為端彎矩,使構(gòu)件產(chǎn)生同
向曲率時(shí)取同號(hào)，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí)取異號(hào)，|^|^m2|; N為桿件軸力，A為桿件毛截面積；
所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力比較單元503，用于比較所述梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊和 梁?jiǎn)卧€(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊計(jì)算的力的大小，將較大的力作為梁?jiǎn)卧膬?nèi)力。
本實(shí)施例提供的桿單元內(nèi)力計(jì)算單元包括桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊504、 桿單元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊505和桿單元內(nèi)力比較模塊506。
所述桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊504,用于通過以下公式計(jì)算桿單元的強(qiáng)度 應(yīng)力
N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；
所述桿單元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊505,用于通過以下公式計(jì)算桿單元的穩(wěn)定應(yīng)力
<t4 =—
^為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；N為桿件軸力，A為桿件
毛截面積；
所述桿單元內(nèi)力比較單元506,用于比較所述桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊和桿單元穩(wěn)定應(yīng)力模塊計(jì)算的力的大小，將較大值作為桿單元的內(nèi)力。
計(jì)算出梁?jiǎn)卧膬?nèi)力和桿單元的內(nèi)力以后，在設(shè)計(jì)鋼管塔時(shí)以此內(nèi)力為依據(jù)進(jìn)行選材，使鋼管能夠承受較大的內(nèi)力，以免在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)拉、壓或壓彎的破壞情況。
實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明將特高壓鋼管塔按照梁桿混合單元的模型計(jì)算出來的內(nèi)力比原來僅按照桿單元計(jì)算出來的內(nèi)力要大，這樣更符合實(shí)際鋼管塔的受力情況，按照梁桿混合單元計(jì)算出來的內(nèi)力來設(shè)計(jì)鋼管塔可以滿足各種工況下的內(nèi)力要求，防止鋼管塔出現(xiàn)拉、壓或壓彎破壞，從而保障特高壓輸電線路的穩(wěn)定安全運(yùn)行。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，包括將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算內(nèi)力；將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元模型來計(jì)算內(nèi)力。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，所 述鋼管塔的主材包括上導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、上導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、中導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、 中導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)上平面主材、下導(dǎo)線橫擔(dān)下平面主材、地 線支架上平面主材、地線支架下平面主材和i^身主材。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，還 包括將大風(fēng)工況作為塔身主材控制工況。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，所 述將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算內(nèi)力，具體為分別計(jì)算梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力；選取所述梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力中的較大值作為梁?jiǎn)卧氖芰Α?br> 5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，所 述將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元模型計(jì)算內(nèi)力，具體為分別計(jì)算桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力；選取所述桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力和穩(wěn)定應(yīng)力中的較大值作為桿單元的受力。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，所 述梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力的計(jì)算具體為其中yy、 ；^為與截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)于圓管截面;^、 ^取值均為1.15; My、 Mz分別為同一截面處繞y軸和繞z軸的彎矩；『^和 『^分別為對(duì)y軸和對(duì)z軸的凈截面才莫量；N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；公式中的加號(hào)和減號(hào)選擇具體為軸力與彎矩產(chǎn)生同向應(yīng)力時(shí)取加號(hào)，反 向應(yīng)力時(shí)取減號(hào)；所述梁?jiǎn)卧姆€(wěn)定應(yīng)力的計(jì)算具體為其中<formula>formula see original document page 3</formula>p為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；M為所計(jì)算主材段范圍內(nèi)的最大彎矩；^為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的毛截面^^莫量；/ 為等效彎矩系數(shù)，0.65 + 0.35M,和i^為端彎矩，使構(gòu)件產(chǎn)生同<formula>formula see original document page 3</formula>向曲率時(shí)取同號(hào)，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí)取異號(hào)，iMj^il^l; N為桿件軸力，A為桿件毛截面積。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法，其特征在于，所 述桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力的計(jì)算具體為<formula>formula see original document page 3</formula>N為桿件軸力，An為桿件的凈截面積； 所述桿單元的穩(wěn)定應(yīng)力的計(jì)算具體為<formula>formula see original document page 3</formula>^為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；N為桿件軸力，A為桿件 的毛截面積。
8、 一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置，其特征在于，包括梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì) 算單元和桿單元內(nèi)力計(jì)算單元；所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì)算單元，用于將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算內(nèi)力；所述桿單元內(nèi)力計(jì)算單元，用于將鋼管塔除了主材以外的部分釆用桿單元 模型來計(jì)算內(nèi)力。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置，其特征在于，所 述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力計(jì)算單元包括梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊、梁?jiǎn)卧€(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊和梁?jiǎn)卧獌?nèi)力比較模塊；所述梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算梁?jiǎn)卧膹?qiáng)度應(yīng)力其中;^為與截面模量相應(yīng)的截面塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)于圓管截面^、 ^取J直均為1.15; M, M^分別為同一截面處繞y軸和繞z軸的彎矩；『^和 『^分別為對(duì)y軸和對(duì)z軸的凈截面才莫量；N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；公式中的加號(hào)和減號(hào)選擇具體為軸力與彎矩產(chǎn)生同向應(yīng)力時(shí)取加號(hào)，反 向應(yīng)力時(shí)取減號(hào)；所述梁?jiǎn)卧€(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算梁?jiǎn)卧姆€(wěn)定應(yīng)力<formula>formula see original document page 4</formula>其中 <formula>formula see original document page 4</formula>P為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；m為所計(jì)算主材段范圍內(nèi)的最大彎矩；^為在彎矩作用平面內(nèi)對(duì)較大受壓纖維的毛截面模量；A為等效彎矩系數(shù)，A =0.65 +0.35m,和碼為端彎矩，使構(gòu)件產(chǎn)生同Mi .向曲率時(shí)取同號(hào)，使構(gòu)件產(chǎn)生反向曲率時(shí)取異號(hào)，|m,|^m2|; N為桿件軸力，A為桿件毛截面積；所述梁?jiǎn)卧獌?nèi)力比較單元，用于比較所述梁?jiǎn)卧獜?qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊和梁?jiǎn)?元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊計(jì)算的力的大小，將較大值作為梁?jiǎn)卧膬?nèi)力。
10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算裝置，其特征在于，所 述桿單元內(nèi)力計(jì)算單元包括桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊、桿單元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模 塊和桿單元內(nèi)力比較模塊；所述桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算桿單元的強(qiáng)度應(yīng)力N為桿件軸力，An為桿件凈截面積；所述桿單元穩(wěn)定應(yīng)力計(jì)算模塊，用于通過以下公式計(jì)算桿單元的溫度受力cr4 =—w為彎矩作用平面內(nèi)的軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)；N為桿件軸力，A為桿件毛截面積；所述桿單元內(nèi)力比較單元，用于比較所述桿單元強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算模塊和桿單 元穩(wěn)定應(yīng)力模塊計(jì)算的力的大小，將較大的力作為桿單元的內(nèi)力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種特高壓鋼管塔內(nèi)力計(jì)算方法及裝置。所述方法包括將鋼管塔的主材采用梁?jiǎn)卧Ｐ蛠碛?jì)算內(nèi)力；將鋼管塔除了主材以外的部分采用桿單元模型來計(jì)算內(nèi)力。由于桿單元為桿件兩端鉸接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均只可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移，只能承受軸向力而不能承受彎矩；梁?jiǎn)卧獮闂U件兩端剛接的單元類型，單元兩個(gè)桿端節(jié)點(diǎn)均可產(chǎn)生三個(gè)方向的線位移和三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)位移，能夠承受軸向力和彎矩。這樣計(jì)算出來的鋼管塔受力更接近真實(shí)鋼管塔的受力情況，比現(xiàn)有技術(shù)中完全將鋼管塔按照桿單元來計(jì)算其受力更加準(zhǔn)確。
文檔編號(hào)G01N3/00GK101634619SQ20091016826
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20日
發(fā)明者劉振亞, 昕 孫, 峰 李, 李茂華, 楊靖波, 楊風(fēng)利, 韓軍科 申請(qǐng)人:中國(guó)電力科學(xué)研究院;國(guó)家電網(wǎng)公司