第 46卷 第 2期
2014年 4月
西安建筑科技大学学报 (自然科学版)
J．Xi’an Univ．ofArch．&Tech．(Natural Science Edition)
、bl_46 NO．2
Apr．2014
特 高 压 输 电 钢 管 塔 双 重 非 线 性 分 析
王 辉 r， 汪 楚 清 ， 薛 建 阳 1， 赵 雪 灵 4
(1．西安建筑科技大学土木工程学院，陕西 西安 710055；2．宁夏建设职业技术学院，宁夏 银川 750021；3．宁夏回族 自治区
电力设计院，宁夏 银Jil，750001；4．中国电力顾问集团西北电力设计院，陕西 西安，710075)
摘要：输电铁塔通常被简化成桁架结构并采用线弹性和小变形分析方法进行设计，而特高压输 电铁塔结构柔度大、负载高、
杆件连接复杂，若仍按线弹性分析不能准确反映其真实的受力情况．采用有限元分析方法建立铁塔空间梁杆混合模型，单元
模型中考虑几何非线性和材料非线性的双重影响，并与在设计荷载下的真型塔试验对比验证了模型的正确性．分析结果表明，
按线弹性和小变形法设计的特高压输 电铁塔安全裕度过大、浪费材料，应考虑几何非线性、材料非线性及端弯矩对结构受力
性能的影响．最后对铁塔主材的应力计算及次应力分布特点进行分析，为评估特高压输电塔的承载力提供参考设计建议．
关键词：输电铁塔；几何非线性；材料非线性 ；极限承载力；次应力
中图分类号：TU392_3 文献标志码 ：A 文章编号：1006—7930(2014)02．0210．07
输 电塔作 为复 杂 的空 间超 静 定结构 ，受 力分析 复杂 ，因此 目前 对其 分析及 设计 基于 以下 几点假 设 ：1)
被 简化 成 空 间桁 架 结构 ，即所有 构件 视 为杆 单元 ，各 构件 间的连接 视 为铰 接 ，只考 虑轴 力 的作 用 ；2)铁
塔 变 形处在 小 变形 范 围 ；3)在 不 同工况 下各 构件 始 终为 线 弹性变 形 ，即基于 线 弹性理 论进 行 分析 ．在 杆
塔荷 载 和变形 小 的情况 下 ，按 线 弹性理 论进行 分析 是合 理 的 ．然而 ，特 高压输 电铁 塔高 度大 ，承受 的荷 载
也越 来越 大 ，按照 目前 的分 析方法 往往 使得 计算 结果 同结构 的实 际受 力情 况有 较大 的偏差 L1 J，主 要表 现在 ：
1)空 间桁架 模型 的节 点为铰 接 ，而广 泛应 用于 特高 压输 电线 路 的钢管塔 节 点多采 用插 板或法 兰 连接 ，不 能
按铰 接 处理 ，实 际上桁架 杆件 在节 点处 受到 很大 的嵌 固作 用 ，节点 将产 生较 大 的弯 矩 ，由此 产 生的杆弯 矩
具有 二 阶效应 ，称为 次弯 矩 ，相 应 的应力 称为 次应 力 ，如 果不考 虑 次应力 对输 电塔 结构 的影 响 ，可 能会 使
钢管 塔 的设计 偏于 不安 全 ； 2)特高 压钢 管塔 高跨 比很 大 ，在 高 荷载作 用 下 ，大 变形 将 引起 结 构受力 情 况
的变 化 ；3)作 为高 次超静 定空 间结 构体 系 ，塔 架结 构在 实 际受力 时 ，各杆 件之 间存 在着相 互 制约和 影 响 ，
某 些杆件 的某 个截 面 的屈服 并不会 导致 整 个结构 遭 到完全 破坏 ，只有 屈服 的杆件 数 量及位 置达 到一 定 的程
度 ，才能 使得 结 构遭 到 完 全破 坏 ，如 果仅 按 目前将 所 有杆 件 控制 在 弹性 范 围 的设 计 方法 将造 成钢 材 的浪
费 ．因此塔架 结构 的受 力分析 ，除 了应 考 虑塔架 结构 的材 料和 几何 非线性 ，还 需考 虑次弯 矩 的影 响 J．
国内外学 者利 用有 限元 分析 方法对 考 虑 了双 重 非线性 的角钢 塔进 行 了非线 性分析 ，并 与 实 际杆 塔运 行
情况 进行 了对 比 J，但 均 侧重于 承 载力 、破 坏模 式分 析 ，未对 次应 力 的影 响及分 布特 点进 行研 究 ．李 茂
华等 通过 有 限元计 算研 究 了次应 力分 布规 律及 影 响 因素 J，但 其应 力值 按理
特高压输电钢管塔双重非线性分析（论文）.pdf
