60度角钢和三角形断面铁塔的力学特性及其工程应用研究

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1、分类号:密级：UDC：学号：356006512002南昌大学博士研究生学位论文60度角钢和三角形断面铁塔的力学特性及其工程应用研究StudyonMechanicalPropertiesandEngineeringApplicationof60DegreeSteelAngleandTriangleCross-sectionTower程华虎培养单位（院、系建筑工程学院指导教师姓名、职称：黄模佳教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：固体力学论文答辩日期：2015年5月29日答辩委员会主席:评阅人:2015年月日、学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下

2、进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南昌大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名（手写）:签字日期：>//年义月/夕日二、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、

3、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授权北京万方数据股份有限公司和中国学术期刊（光盘版）电子杂志社将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》和《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息戚务，同意按“章程”规定孚受相关权益。学位论文作者签名（手写）:侧^导师签名（手写)■Am签字日期：「年z月/夕日签字円期：年a月，^日论文题目60度角钢和三角形断面铁塔的力学特性及其工程应用研究姓名程华虎学号356006512002论文级别博士0硕士口院/系/所建筑工程学院专业固体力学E_mail备注：□公幵□保密（向校学位办申请获批准为“

4、保密”，______年_月后公开)摘要摘要三角形铁塔是具有三个支撑基础，其整体平行于地面的横截面呈三角形的铁塔。目前我国高压电输送均采用四边形铁塔，相比于四边形铁塔，60度角钢的三角形铁塔具有抗载荷能力强、约束应力小、温度应力小、结构稳定、风阻小、占地面积小、材料潜力能够充分发挥等极为重要的优点，但是60度角钢的三角形铁塔在工程中的应用却很少见。到目前为止，人们还没有对60度角钢和三角形断面铁塔的力学性能进行系统的理论分析、数值计算、实验测量研究。本文开展60度角钢和三角形断面铁塔的力学特性研究，将三角形断面铁塔的研究成果应用于输电铁塔和风力发电机组塔架工程中，解决三角

5、形断面铁塔作为输电铁塔和风力发电机组塔架时所遇到的若干关键力学问题，是一项既有理论创新意义又有实用价值的研究课题。对于60度角钢的整体失稳问题，采用薄壁构件扭转的稳定理论，考虑角钢的弯曲失稳和弯扭失稳，给出了60度角钢临界屈曲荷载的表达式；对于60度角钢的局部稳定受力性能，采用瑞利-里兹法计算得到的临界荷载与有限元数值仿真结果进行对比分析，给出了轴心受压状态下60度角钢构件嵌固系数的参考取值；根据“等稳定”准则推导出适合于60度角钢肢件宽厚比限值的计算表达式，并与《钢结构设计规范》、《美国导则》和《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》的相应设计方法和计算公式进行了对比分析

6、。建立60度角钢的三角形塔单元格模型和直角角钢的四边形塔单元格模型，推导了三角形塔单元格和四边形塔单元格在轴力、剪力、弯矩、扭矩作用下，主材、斜材、横材的轴力表达式；推导了在弯矩作用下单元格的位移表达式；推导了在扭矩作用下单元格的扭转角表达式；研究了铁塔单元格对铁塔主材、斜材、横材轴力的影响；给出了三角形铁塔和四边形铁塔的整体刚度和稳定性计算表达式，研究了三角形铁塔和四边形铁塔的优化方法，计算了三角形铁塔的最佳根开和层高，编制了相应的计算软件；建立了三角形铁塔双支撑杆的主材或斜材横向位移稍大时的失稳模式，寻找出双支撑杆的两种失稳模式（模式I和模式II）与结构尺寸、主材或

7、斜材横向位移的关系，给出两种失稳模式间的转换临界值，该值的准确性得到了试验的验证。为了验证60度角钢和三角形断面铁塔的力学特性，本文从数值仿真和实验I摘要测量两方面开展了大量研究工作。数值仿真方面：（1）利用有限元分析软件ANSYS建立了有限元数值仿真模型，对两肢夹角为60度的等边角钢进行特征值屈曲分析，验证了60度角钢临界屈曲荷载和肢件宽厚比限值表达式的正确性；（2）建立了60度角钢的三角形铁塔有限元模型和直角角钢的四边形铁塔有限元模型，对模型进行了几何非线性计算和特征值屈曲分析，数值计算结果与试验结果吻合较好，也很好的验证了理论表达式