变截面单管塔考虑风荷载、重力 位移 p △ 二阶效应

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1、变截面单管塔考虑风荷载、重力位移P△二阶效应摘要：介绍一种单管塔计算的半解析方法。基于结构力学力法原理并考虑效应对单管塔顶位移进行了理论推导并给出了相关等式；利用MATLAB7.0数学计算软件进行积分求解，其结果与其他有限元软件的计算结果吻合较好。该方法可用于单管塔的工程设计计算。关键词：变截面；单管塔；效应；半解析法；软件MATLAB7.0中图分类号：TU3文献标数码：A变截面单管塔考虑风荷载、重力位移P△二阶效应摘要：介绍一种单管塔计算的半解析方法。基于结构力学力法原理并考虑效应对单管塔顶位

2、移进行了理论推导并给出了相关等式；利用MATLAB7.0数学计算软件进行积分求解，其结果与其他有限元软件的计算结果吻合较好。该方法可用于单管塔的工程设计计算。关键词：变截面；单管塔；效应；半解析法；软件MATLAB7.0中图分类号：TU3文献标数码：A变截面单管塔考虑风荷载、重力位移P△二阶效应摘要：介绍一种单管塔计算的半解析方法。基于结构力学力法原理并考虑效应对单管塔顶位移进行了理论推导并给出了相关等式；利用MATLAB7.0数学计算软件进行积分求解，其结果与其他有限元软件的计算结果吻合较好。

3、该方法可用于单管塔的工程设计计算。关键词：变截面；单管塔；效应；半解析法；软件MATLAB7.0中图分类号：TU3文献标数码：A0引言近几年来，我国广电、移动通信电力事业迅猛的发展，建设了相当多的各类通讯塔、输变电杆塔、泛光高炮灯杆塔、风力发电高杆塔等。单管塔是这一类设施的主要形式，由于其占地比较小、工厂化加工和现场安装方便而被广泛使用。单管塔是指单根大直径钢管和平台组成的自立式高耸钢结构，为变截面悬臂构件，加工时往往是分段制作，每段的壁厚一般随管高的分段都有一定的改变，而且水平风载也随着单管塔

4、管径高度的变化而改变。不同使用功能的单管塔受到的荷载形式各有特点：通信单管塔主要承受水平风荷载作用；输变电杆塔需考虑塔顶悬挂输电导、地线的裹冰荷载作用；风力发电高杆塔还需承受塔顶螺旋风扇桨的部分动力作用，考虑的因素比较多，计算比较繁琐。目前专业设计院在单管塔结构计算中主要采用的是用各种有限元法和近似估算法来计算塔身的强度应力和管顶位移。有限元是把结构管身分成许多微小的四边形空间壳单元，再结合各单元所受的风荷载，形成整体模型用ANSYS软件计算；或者采用管单元用PKPM软件下的STS模块计算；近似

5、估算法主要用于方案设计，它是把单管塔作为一种等截面的悬臂钢管梁考虑，用材料力学挠度叠加法计算单管塔的最大位移，其结果与真实结构精确解有较大的误差。本文主要采用半解析法对邮电单管通信塔底的应力强度及塔顶的水平位移进行分析。根据通信设计工艺要求，a)b)单管塔顶附近都图1单管塔立面及计算模型带有两个天线平(a)单管塔计算模型(b)考虑P-△效应弯曲管塔示图台，见图1(a)。为了使无线通信信号不发生偏差，单管塔顶摆动的位移必须控制在一定范围内，因此准确方便的计算单管塔顶位移值具有重要的工程现实意义。1

6、半解析法的方法任意高度处单管塔身截面的外包直径按下式计算：(1)式中-管塔顶部外包直径，mm；-管塔底部外包直径，mm；-管塔总高度，mm；考虑到高度范围内任意截面管壁厚与管外包直径相比很小，为高界无穷小，由材料力学截面性质可得单管塔任意高度处横截面惯性矩的简化式如下：(2)式中-高度范围内任意截面管壁厚，mm；单管塔所受到的主要荷载有自重恒载和风载。按照《高耸结构设计规范》第3.4.2条[1]，地震烈度为6度及任何类场地的高耸结构及地基基础可不进行抗震截面验算，只验算风荷载作用下的钢管截面承载

7、力和位移。由于单管塔的特殊性，雪荷载可以不考虑。由文献[2]知一般钢结构单管塔高度均小于50m，工程设计中偏安全考虑，高度变化系数按50m高度取统一值(B类地面粗糙度)。根据荷载规范[3]，作用在塔身任意高度处风荷载的线荷载标准值如下式：(3)式中-高度处风荷载的线荷载标准值，kN/m；-高度处的风振系数；-高度处风压高度变化系数，取；-体型系数；-在高度处风荷载的面荷载标准值，kN/m2；-基本风压，kN/m2；单管塔为一悬臂静定结构，故高度处截面弯矩应是该截面以上段塔身风荷载和天线平台集中风

8、荷载对该处的弯矩作用叠加。但由于单管塔为高耸结构，柔性较大，在侧向力作用下应考虑重力二阶效应，见图1(b)。故任意高度处截面内力(弯矩、剪力、轴力)可表达为：(4)(5)(6)式中-第一、第二个天线平台产生的自重力，kN；-钢管容重，kN/m3；-水平荷载作用下高度管塔的水平位移，mm；-高度处管塔截面的壁厚，mm；-第一、第二个天线平台水平风荷载，kN；-第一、第二个天线平台水平风荷载产生的平台处水平位移，mm；式(4)经积分整理后得到沿塔体高度水平风荷载、水平集中风荷载及重力作用下的总弯矩为