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桅式结构荷载计算

2018/06/19132 作者:佚名
导读: 静力计算 桅杆结构是高次超静定的空间体系,杆身为承受轴向压力和横向力的弹性支座连续梁(见梁的基本理论),纤绳为斜拉于杆身的预应力柔索,纤绳与杆身连接的结点形成非线性支座,受力较为复杂。常用的桅杆静力计算方法有两种:弹性支座连续梁法和矩阵位移法。弹性支座连续梁法 一种简化的方法。纤绳与杆身分别独立计算,利用每层纤绳的变形协调条件和结点平衡条件,分别计算各层纤绳拉力,结点位移和结点刚度

静力计算

桅杆结构是高次超静定的空间体系,杆身为承受轴向压力和横向力的弹性支桅式结构图片座连续梁(见梁的基本理论),纤绳为斜拉于杆身的预应力柔索,纤绳与杆身连接的结点形成非线性支座,受力较为复杂。常用的桅杆静力计算方法有两种:弹性支座连续梁法和矩阵位移法。

弹性支座连续梁法 一种简化的方法。纤绳与杆身分别独立计算,利用每层纤绳的变形协调条件和结点平衡条件,分别计算各层纤绳拉力,结点位移和结点刚度。然后按多跨弹性支座连续梁计算杆身,利用各结点支座的连续条件和平衡条件计算结点弯矩、结点反力和结点位移,再用结点反力重新计算每层纤绳,重复上述计算直至两次计算结果接近为止。这种方法只适用于纤绳对称布置的结构。

矩阵位移法 适用于纤绳任意布置的桅杆。这种方法考虑空间荷载、纤绳结点的非线性特征、杆身轴向变形和扭转变形的影响,用矩阵位移法建立正则方程。可把纤绳结点间的杆身作为梁单元,或把空间桁架的杆件作为杆单元,建立单元刚度矩阵,纤绳也作为特殊的有横向荷载的杆单元。这两种方法都能反映纤绳和杆身的共同作用,满足其变形的连续条件。后者较精确,但计算工作量也较大。此外,还可考虑大位移的影响,对刚度矩阵不断作出修正,得到更为精确的结果。采用矩阵位移法时,一般需编制标准程序,用电子计算机计算。

动力计算

在风荷载或地震作用下,杆身和纤绳都发生振动,两者相互影响,使桅杆形成一个复杂的动力体系。桅杆的自振周期和相应的振型,可按多自由度体系考虑空间振动进行计算,即将每层纤绳质量归并到该层结点上,与杆身合成一个集中质量,按力法或位移法列出桅杆自由振动方程,使方程的系数行列式为零,求得自振频率和相应的振型曲线。

刚度和稳定 桅杆的刚度应根据工艺要求确定,根据静力计算得到的桅杆结点最大水平位移,一般不超过结点所在高度的百分之一。

桅杆的稳定分局部稳定和整体稳定。局部稳定包括组合构件中压杆的稳定,单根钢管筒壁的压屈稳定,纤绳结点间杆身的偏心受压稳定等;局部稳定可依靠选用合适的横截面得到保证。整体稳定有两种计算方法:①将杆身作为多跨弹性支座压弯杆件,以结点位移为未知数,推导出结点平衡方程组,其系数是轴向力函数。使方程组的系数行列式为零,从而求出桅杆整体稳定的临界力,临界力与实际力的比值为安全系数。一般情况下,安全系数不小于1.5~2.5。由于杆身的轴向力与外荷载不成正比关系,此法有一定误差。②以前述矩阵位移法为基础,在解方程组时,以大于1的系数k乘外荷载作用在桅杆上,如迭代过程收敛,说明桅杆在这种荷载作用下保持整体稳定。然后,再逐步增大k值,直到迭代过程发散为止。发散前一次的k值,就是桅杆整体稳定安全系数。

桅杆的整体稳定与杆身纵向力和结点刚度有关,纵向力过大或结点刚度不足,容易失稳。一些工程实践证明:桅杆丧失整体稳定的原因,大多是结点刚度偏小,特别是中间结点刚度不足,造成杆身弯曲而产生附加弯矩,从而导致整体失稳。若增加纤绳初应力,虽然能提高结点刚度,但同时会增加杆身纵向力。因此,每一个桅杆结构方案都要通过分析比较,才能找出最合适的加强整体稳定和改善结构受力的措施。

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