[发明专利]一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法

说明书

本发明公开了一种简化的拉线塔主柱的有限元模型的计算方法，该模型将格构式的主柱简化为等效的梁柱模型，通过构建与格构式拉线塔主柱具有等效拉压刚度、弯曲刚度、扭转刚度以及附加质量分布的梁柱模型，适用于塔线体系的非线性动力特性分析，在保证计算精度的条件下减少计算量，提高计算效率。

技术领域

本发明涉及一种简化的拉线塔主柱的有限元模型的计算方法，属于拉线塔数值模拟技术领域，尤其是一种拉线塔主柱有限元分析的等效梁柱模型简化方法。

背景技术

进入21世纪以来，随着我国西部大开发的发展，西北地区的输电线路建设进一步加快了步伐。该地区很大一部分线路都要穿越例如戈壁滩、草原等地势平坦、地广人稀的地区，使用拉线塔具有明显的经济优势，拉线塔的应用越来越多。特高压单柱拉线塔相比于其他类型的拉线塔具有结构简单，受力合理，施工方便，节约线路走廊等优点，适合运用在诸如草原、戈壁等地势平坦，地广人稀的地区，这些地区人烟稀少，基础占地费用较低，大面积使用单柱拉线塔具有明显的经济优势。

随着拉线塔应用的增多，很多学者对拉线塔的有限元建模及静、动力分析展开了研究。拉线式输电塔通常由主柱、塔头及拉线三部分组成，主柱及塔头属于典型的类梁式格构式桁架结构，拉线则属于索结构。目前针对拉线式输电塔的有限元分析中，大多还是采用精细化有限元模型。在精细化有限元模型，主柱采用桁梁混合模型。这种模型可得到任一杆件的内力和节点的位移。但由于这种精细化模型的单元个数较多，导致在塔线体系的非线性动力特性分析中计算量很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法，该模型将格构式的主柱简化为等效的梁柱模型，通过构建与格构式拉线塔主柱具有等效拉压刚度、弯曲刚度、扭转刚度以及附加质量分布的梁柱模型，适用于塔线体系的非线性动力特性分析，在保证计算精度的条件下减少计算量，提高计算效率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法，其特征在于：所述的拉线塔主柱包括四根主材以及在四根主材之间分布的斜材和横隔材，使拉线塔主柱整体截面形状表现为四边形的格构式结构；拉线塔主柱等效为梁柱单元，其中梁柱单元的等效拉压刚度、弯曲刚度、扭转刚度以及附加质量分布计算如下：

(1)等效拉压刚度：计算等效拉压刚度时，忽略斜材和横隔材影响，只考虑主材影响，此时拉线塔的四根L形主材首尾相对围成方形，在方形平面上，以方形中心为原点，以平行垂直任一方形边为x方向，建立XOY平面直角坐标系，拉线塔主柱的等效拉压刚度EA_eq可表示为

EA_eq＝EA_legs＝E(A₁+A₂+A₃+A₄)

式中，E为主材的拉伸弹性模量；A_eq为梁柱单元的等效截面积；A_legs为主材的截面积之和；A₁-A₄分别为四根主材各自的截面积；

(2)弯曲刚度：由于斜材和横隔材对截面惯性矩的影响远小于主材，因此为了简化计算，梁柱单元的等效弯曲刚度EI_eq可只考虑主材的影响，则x向和y向的弯曲刚度可分别表示为

x向：(EI_eq)_xx＝(EI_legs)_xx＝(E(I₁+I₂+I₃+I₄))_xx