雙柱懸索拉線塔穩(wěn)定性研究.pdf

1、雙柱懸索拉線塔是由塔柱、拉索、懸索、絕緣子以及導(dǎo)地線組成的張拉整體結(jié)構(gòu)體系，其高柔的結(jié)構(gòu)特性使得風(fēng)荷載成為其主要的控制荷載。在風(fēng)荷載作用下，迎風(fēng)側(cè)拉索的拉力將增大，從而導(dǎo)致相應(yīng)塔柱軸力的增大，但當(dāng)拉索的拉力達(dá)到某一臨界值之后，塔柱靜力失穩(wěn)的臨界荷載并不會(huì)隨之提高。雖然背風(fēng)側(cè)拉索拉力的減小會(huì)使得相應(yīng)塔柱軸力的減小，但塔柱沿線路方向的抗側(cè)剛度也隨之降低，從而使其靜力失穩(wěn)的臨界荷載也降低。塔線體系的設(shè)計(jì)是以靜力荷載作為依據(jù)，但在實(shí)際中它通常受

2、到動(dòng)力風(fēng)荷載的作用，塔柱在其軸向方向?qū)⒊惺茌^大的動(dòng)力荷載，當(dāng)該動(dòng)力荷載的頻率接近塔柱側(cè)向振動(dòng)一階頻率的2倍時(shí)，塔柱將發(fā)生參數(shù)共振。由于雙柱懸索拉線塔的占地面積較大，因此該類塔線體系一般用于荒漠或戈壁，在該類地區(qū)的風(fēng)速可能遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)風(fēng)速，即塔線體系存在倒塌的可能性。本文針對(duì)雙柱懸索拉線塔的靜動(dòng)力穩(wěn)定性展開(kāi)研究，主要研究工作如下：
　?、俑鶕?jù)應(yīng)變能相等得到格構(gòu)式塔柱的等效截面屬性，并從靜力響應(yīng)以及模態(tài)來(lái)驗(yàn)證這種等效方法得到的截面屬性能

3、用于格構(gòu)式塔柱的靜力或動(dòng)力的簡(jiǎn)化分析。
　?、诟鶕?jù)塔柱的受力特點(diǎn)得到其靜力穩(wěn)定性分析的簡(jiǎn)化模型，即上端簡(jiǎn)化為彈性支座、下端簡(jiǎn)化為鉸接的等截面壓桿。為了得到彈性支座的剛度值，先基于廣義變分原理推導(dǎo)斜拉索等效彈性模量的計(jì)算公式，該公式考慮了斜拉索在其自重作用下的垂度引起的幾何非線性，再根據(jù)剛度的定義得到靜力簡(jiǎn)化分析模型中彈性支座的剛度計(jì)算公式，并結(jié)合塔線體系在等效靜力風(fēng)荷載作用下的有限元分析結(jié)果計(jì)算出其剛度值。然后基于壓桿穩(wěn)定理論推導(dǎo)

4、出塔柱靜力計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)的計(jì)算公式，并研究了斜拉索初始預(yù)拉力以及風(fēng)速對(duì)其的影響。最后，采用ANSYS提供的特征值屈曲分析功能來(lái)驗(yàn)證這種理論研究的正確性。
　　③塔柱參數(shù)共振研究的簡(jiǎn)化模型除彈性支座的剛度取值方法不同之外，其余均與其靜力簡(jiǎn)化分析模型保持一致。為了得到彈性支座的動(dòng)力剛度值，先用Oskoei提出的新方法得到斜拉索的等效動(dòng)力剛度，再根據(jù)剛度的定義得到彈性支座動(dòng)力剛度的計(jì)算公式，并結(jié)合塔線體系在動(dòng)力風(fēng)荷載作用下的有限元分析結(jié)果

5、計(jì)算出其剛度值。然后基于Hamilton原理建立塔柱動(dòng)力簡(jiǎn)化分析模型的偏微分運(yùn)動(dòng)方程，并通過(guò)Galerkin方法將其離散為常微分方程。最后根據(jù)鮑洛金提出的方法建立臨界頻率方程，從而得到塔柱的動(dòng)力穩(wěn)定域與不穩(wěn)定域。
　　④基于諧波合成法合成塔線體系中風(fēng)速模擬點(diǎn)的風(fēng)速時(shí)程，并將其轉(zhuǎn)換風(fēng)荷載施加到塔線體系上。在ANSYS中建立塔線體系的有限元分析模型并完成找形分析及靜力求解，再借助ANSYS/LS_DYNA提供的隱式到顯式序列求解功能完