1概述
通信铁塔是典型的高柔结构,其高度从20m-60m不等。通信铁塔的主要设计载荷为风载荷,根据建筑载荷规范和高耸结构设计规范设计。但设计的结构是否能满足实际工程的需要,需要进一 步的验证。目前风载荷的确定的手段主要有风洞实验、现场实测和数值模拟。而风洞实验相对费用 较高,难以大面积的应用。而现场实测得到的数据比较全面,可信度高,但受到大自然风不定变化 的限制,同时组织和安排比较复杂,耗时耗资巨大,成本较高。随着计算机技术的发展,风载荷数 值模拟取得较大进展,通过有限元计算铁塔的抗风性能耗时耗资少,可重复性高,计算结果可信度 较高,因此广泛接受。本文通过Altair公司的HyperMesh生成铁塔的数学模型,并做静力分析,计算得出通信铁塔的抗风性能。
2 工程简介
本文以一四边形角钢塔为研究对象,全塔高40m,基地宽度6m,距顶2m和5m处各设一个平台。如图1所示。铁塔的主材为低合金高强度结构钢,屈服强度为345MPa,其他辅材为碳素合金钢,屈服强度为235MPa。结构所处地貌为C类,基本风压为0.40KN/m2。
图1 通信塔结构简图
3 通信塔动力特性分析
结构风工程的理论基础和分析与结构的动力学密切相关,结构的动力特性一般包括自振频率、振型及阻尼比。这些是结构风响应分析的前提。
本文中通信铁塔的动力特性分析采用Lanczos法,提取1-10Hz结构的模态。本文采用两种方法建立通信塔的有限元模拟,一种是全采用Beam单元;一种是主材采用Beam单元,辅材采用Rod单元。得到的结果如表1所示。全beam模型的振型结果如图2-图6所示。
表 1全Beam模型与Beam和Rod混合模型频率和振型对比
图2X向一阶弯曲
图3Y向一阶弯曲
图4 X向二阶弯曲
图5Y向二阶弯曲
图6 一阶扭转
根据表1可知,当采用全可根据表1可知,当采用全Beam模型时,结构的频率偏高;全Beam模型和 Beam和 Rod振型基本一致。
4 通信铁塔抗风分析
根据建筑结构载荷规范,上的风标准值计算公式为:
4.1基于建筑结构载荷规范的风载荷
表2 《建筑结构载荷规范》计算风振系数
表3 建筑结构载荷规范 0° 风向风载荷标准值
表 4 建筑结构载荷规范45°风向风载荷标准值
4.2 基于高耸结构设计规范的风载荷
表5《高耸结构设计规范》算风振系数
表 6 高耸结构设计规范 0° 风向风载荷标准值
表 7高耸结构设计规范 45° 风向风载荷标准值
表8 通信铁塔各塔段最大水平位移(mm)
图7 通信铁塔水平位移图
表9通信铁塔各段最大应力(MPa)
5 结论
本文通过对通信铁塔结构建立准确的有限元模型,并根据《建筑结构载荷规范》和《高耸结构设计规范》对通信塔在0°和45°风向角风载荷作用下进行拟静力分析,得出在相同风向角风载荷的作用下,结构的响应非常接近,在45°风向角风载荷作用下,结构的水平位移响应式同高度处0°风向角风载荷作用下水平位移的1.63倍。最大应力都未超出结构的屈服强度。
本文转自【有限元科技】