[发明专利]一种输电铁塔杆件应力计算方法

摘要

本发明公开了一种输电铁塔杆件应力计算方法，首先利用有限单元法建立铁塔结构的有限元力学模型，并根据铁塔结构组成进行整体结构的离散化；再对每一单元生成单元刚度矩阵，结合铁塔结构中各杆件之间的空间角度关系和连接关系，叠加生成整体刚度矩阵；然后，根据铁塔所受载荷生成载荷阵列，并以节点位移阵列作为未知量，与整体刚度矩阵，载荷阵列组成矩阵方程；最后，通过求解矩阵方程，获取节点应变，最终得到铁塔结构中每根杆件的应力。本发明通过数学方法直接对输电铁塔杆件应力进行精确求解，可为铁塔结构安全评价提供科学依据。

主权项

一种输电铁塔杆件应力计算方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：根据有限单元法建立铁塔结构的有限元力学模型，根据得到的力学模型获取铁塔节点；并将铁塔结构离散化，得到与铁塔两节点间杆件数目相同的单元，单元彼此之间仅靠节点相连；铁塔中主材与主材、主材与斜材、斜材与斜材的交汇点视为节点；步骤2：针对每个单元和节点位移，分别生成单元刚度矩阵[k](e)和节点位移阵列并根据杆件之间的空间角度关系、杆件之间的连接关系，转换叠加出铁塔整体刚度矩阵步骤3：将铁塔所受均布载荷和非节点载荷等效移置到节点上，形成节点载荷阵列其中并考虑到矩阵方程中的奇异性，引入铁塔塔腿四节点的位移约束条件，求解矩阵方程，得到节点位移阵列步骤4：计算铁塔节点的应变、应力，获取铁塔结构每根杆件应力；步骤4中计算节点应变、应力，找出铁塔结构中最薄弱的杆件，其实施过程如下：由铁塔结构的整体刚度矩阵方程求解出各节点的位移δ后，就可以得到各单元的节点位移δe；铁塔结构受力后，其内部各点将沿x，y，z三个坐标轴方向发生位移；如果各点沿x，y，z三个坐标轴方向的位移以u，v，w表示，它们是点的坐标函数，即u＝u(x,y,z)，v＝v(x,y,z)，w＝w(x,y,z)；铁塔结构在形变时，内部任意一点处有3个线应变分量εx，εy，εz以及3对剪应变分量γxy＝γyx，γyz＝γzy，γzx＝γxz；由弹性力学可知，应变与位移之间的关系即几何方程为：ϵx=∂u∂x,γxy=∂u∂y+∂v∂x]]>ϵy=∂v∂y,γyz=∂v∂z+∂w∂y]]>ϵz=∂w∂z,γzx=∂w∂x+∂u∂z]]>δe=ϵxϵyϵzγxyγyzγzx]]>式中εx，εy，εz为分别为铁塔空间结构在发生形变时，节点处在坐标轴x，y，z三个方向上的产生的应变分量；γxy，γyz，γzx为铁塔空间结构在形变时，节点处在xy平面，yz平面，zx平面内产生的的3个应变分量；铁塔结构受到作用时，内部任意一点处的应力状态也是三维的，有3个正应力分量σx，σy，σz以及三对切应力分量τxy＝τyx，τyz＝τzy，τzx＝τxz；在线弹性范围内，应力和应变用如下方程表示：σxσyσzτxyτyzτzx=E(1-μ)(1+μ)(1-2μ)1μ1-μμ1-μ000μ1-μ1μ1-μ000μ1-μμ1-μ10000001-2μ2(1-μ)0000001-2μ2(1-μ)0000001-2μ2(1-μ)ϵxϵyϵzγxyγyzγzx]]>其中，σx，σy，σz为坐标轴x，y，z方向上的3个正应力分量；τxy，τyz，τzx为在xy平面，yz平面，zx平面内的3个切应力分量；分别为铁塔空间结构在发生形变时，节点处在坐标轴x，y，z三个方向上的产生的线应变分量；为铁塔空间结构在形变时，节点处在xy平面，yz平面，zx平面3个平面内产生的剪应变分量；E为杆件的弹性模量；μ为泊松比。