[发明专利]充分考虑铁塔结构弹性形变的输电铁塔杆件应力计算方法

摘要

本发明公开了一种充分考虑铁塔结构弹性形变的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

一种充分考虑铁塔结构弹性形变的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4中计算铁塔节点的应变和应力公式为：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平面内产生的3个剪应变分量；；u＝u(x,y,z)，v＝v(x,y,z)，w＝w(x,y,z)分别为铁塔空间结构在形变时，节点在坐标轴x，y，z方向的位移；E为杆件的弹性模量；μ为泊松比；整体刚度矩阵的集成规则如下：1)先求出每个单元的刚度矩阵[k](e)；2)将的每个子块进行换号，换成对应的整体编号；3)将换成以后的字块送到整体刚度矩阵中的对应位置上；4)若在同一位置上有几个单元的相应子块送到时，则应进行叠加；经过上述步骤后，就可以得到整体刚度矩阵中的每个子块，从而形成了整体刚度矩阵其中，为第j个节点产生单位位移时，在第i个节点上引起的节点力，称为刚度子矩阵；步骤1中的铁塔结构离散化方法是将铁塔中主材与主材、主材与斜材、斜材与斜材的交汇点归结为节点，每两个节点之间的杆件视为一个杆单元。