输电杆塔结构的非线性有限元设计分析

　　σ=N／（mAφ）≤［σ］　　　　　　　　　　　　　（12）

　　强度验算：
　　对主材：

　　σ=（T或N)／（m(A－2d0t))≤［σ］　　　　　　　　　（13）

　　对斜材：

　　σ=（T或N）／（mA－d0t)≤［σ］　　　　　　　　　　　（14）

式中　m——工作条件系数；
　　　A——杆件单元横截面积；
　　　d0—螺栓孔径；
　　　φ——折算系数。
　　目前，铁塔设计大多采用满应力设计方法。首先对铁塔的每一根杆件进行受力优化分析，然后出于满足铁塔加工、安装的需要分段对铁塔进行统材。我们所采用的方法同上述方法不一样，首先根据成段的特点将输入材料分成组，在多种工况下，求出每一组杆件的最大最小力，以这个应力为检验、组材的基础。这种方法的优点是减少了计算量，而计算结果也很合理。组材时要遵循下述原则：
　　（1）　最大、最小应力不能超出许用应力［σ］范围；（2）　最大、最小应力在70％［σ］～100％［σ］之间；（3）　材料的最大、最小应力是指初始输入时，某一组材料的最大、最小应力。
　　将计算机生成的铁塔坐标信息、组材信息以及相关尺寸信息作成相应数据文件，以Autolisp为接口，在AutoCAD中打开上述数据文件，画出铁塔结构图，生产厂家根据图下料。程序运行过程如图2。

图2　程序运行过程图

　　初始输入的材料信息可能要经过很多次的循环组材，才能得到符合组材原则的材料组合。也有可能由于初始输入不合理而没有最终结果，这时程序会提醒用户重新输入初始材料组合。

3　计算结果及分析

　　检验用的不存在柔性杆件的铁塔及计算数据，是湖北电力设计院提供的干字形铁塔以及他们应用有限元线性计算方法计算出的计算数据。另外对于拉线塔计算数据的检验，我们将计算的结果同成熟的通用软件sap6计算的结果以及传统方法计算的结果相比较。采用上述方法进行比较，结果令人满意，计算结果基本一致。对于拉线塔，该软件计算的结果同sap6计算的结果对照如表1、表2。

表1　刚性单元组计算结果 　　　　　　　sap6计算 单元号长度材料材料号最大
应力最小
应力柔度最大
应力最小
应力 1346．4116　Mn140．00323-0．0818644．180．00330-0．08191 2346．4116　Mn14-0．01481-0．0817344．18-0．01492-0．08182 3346．4116　Mn140．00613-0．0811844．180．00621-0．08120 4346．4116　Mn14-0．04172-0．0794444．18-0．04181-0．07954 5400．00A3F10．124270．04184151．900．124300．04194 6400．00A3F10．453050．06621151．900．453210．06634 7400．00A3F10．125040．05261151．900．125120．05278 　

……　　　　　　　

表2　柔性单元组计算结果 单元号长度材料材料号最大应力sap6计算
最大应力 1282．84A3F30．277　700．277　93 2282．84A3F30．091　660．091　10 3282．84A3F30．420　670．421　20 4282．84A3F30．276　920．277　54 　　注：（1）　应力的最终结果是综合各种工况得出的。
　　　　（2）　应力的单位为t／cm2。

　　本文从理论和实际工作两方面对杆塔的非线性分析作了初步的探讨工作，同时，作者通过程序设计，初步实现了对自立式铁塔、拉线塔静力分析的数值解法。对铁塔结构的应力分析和组材作了一定的工作，希望以上所述对致力于这方面工作的同志能3有所帮助。

作者单位：武汉水利电力大学，湖北　武汉　430072

参考文献
　[1]张汝清，董明．结构计算程序设计．重庆：重庆出版社，1988．9

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