塔桅结构的设计研究

摘要

塔桅结构是一种高度相对于横截面尺寸很大,水平风荷载起主要作用的自立式结构.目前,电视塔、输电线路塔、微波信号传输塔、导航塔等各种适应工程应用的塔架蜂拥而起,使得塔架结构的研究被提上日程.经过一个多世纪的研究,有关塔架结构所在地区粗糙度问题、风的力学理论、风振控制以及可靠性方面都有了比较丰硕的成果.但是对于塔架的研究远远比不上其结构形式及功能多样化的需求,使得根据以往研究得到的高耸结构设计规范对于许多造型独特的塔架结构不能提供准确的参考依据.在这种情况下,对独特造型铁塔进行设计研究,寻求方便可靠的分析方法,以便为以后的铁塔设计提供依据和参考就显得尤为重要.该论文就是对一结构和造型都非常独特的,应用于实际工程的组合高耸塔架结构——微波移动通讯铁塔进行设计研究的.论文用三种不同的方法:一般风荷载算法、风洞实验方法、有限元分析法,进行了选择风荷参数的结构设计和较为全面的应力分析校核.采用了满应力方法对其进行主体结构材料的局部优化.提出了可供参考的选取组合结构风荷载风荷影响系数方法.首先运用传统风荷载计算的方法,结合该文的组合结构的特殊情况,以高耸结构设计规范为参考,参照风荷载理论选定了影响该组合结构风荷载的风荷参数,并依据一般塔架算法(简化悬臂梁法)计算出了与底座连接处断面(最危险截面,距塔底6米段)的轴力和弯矩,同时对此处进行了应力分析和可靠性校核.为验证风荷参数的选择是否与实际情况相符,该论文对铁塔进行了风洞实验,实验按照初步设计和计算的材料结构建立模型,从三个不同风向角进行实验,从而确定风荷系数选择的正确性;最后用空间杆系单元有限元法对该铁塔进行全面分析和直观的结果输出显示,并用—已经使用的铁塔结构验证该有限元算法,为铁塔设计开辟了更直观、方便的分析方法.通过满应力的局部材料优化,明显减轻了材料的自重,为设计提供了依据,降低了造价.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2现阶段的发展研究状况

1.3塔架结构的构造

1.4问题的提出

1.5本文研究内容

第二章铁塔荷载计算和铁塔设计

2.1铁塔设计原则

2.2铁塔的风荷载作用

2.2.1荷载分类

2.2.2风荷载作用机理

2.3初步拟定铁塔建筑材料

2.3.1 8米圆盘状平台建筑材料选择及结构设计

2.3.3主体材料的选定

2.4计算铁塔结构的各项风荷系数

2.5综合计算确定此结构的风荷载作用力

2.6风荷载作用下的可靠性分析

2.6.1应力要求的分析

2.7小结

第三章风洞实验

3.1实验要求及实验设备

3.1.1实验要求

3.1.2实验设备及装置

3.2实验模型及实验状态

3.3实验数据处理与结果分析

3.4小结

第四章移动通讯铁塔有限元分析法

4.1有限单元法

4.1.1有限单元法的分析过程

4.1.2选择单元位移函数的要求

4.1.3有限元法的收敛条件

4.2有限元应用软件MSC.MARC

4.3杆系结构有限元法

4.3.1局部坐标系下空间杆系结构的杆单元刚度矩降

4.3.2空间杆系结构总体刚度矩阵的形成

4.4 MARC有限元分析

4.4.1生成有限元网格

4.4.2施加边界条件

4.4.3施加材料特性和几何特性

4.4.4施加载荷工况

4.4.5选取作业参数提交MARC运行

4.4.6后处理

4.5小结

第五章算例验证及材料优化

5.1算例验证

5.1.1算例介组

5.1.2算例分析及结果比较

5.2主体材料截面优化

5.3小结

第六章结束语

参考文献

致 谢

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