一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法

摘要

本发明公开了一种简化的拉线塔主柱的有限元模型的计算方法，该模型将格构式的主柱简化为等效的梁柱模型，通过构建与格构式拉线塔主柱具有等效拉压刚度、弯曲刚度、扭转刚度以及附加质量分布的梁柱模型，适用于塔线体系的非线性动力特性分析，在保证计算精度的条件下减少计算量，提高计算效率。

主权项

一种简化的拉线塔主柱有限元模型的计算方法，其特征在于：所述的拉线塔主柱包括四根主材以及在四根主材之间分布的斜材和横隔材，使拉线塔主柱整体截面形状表现为四边形的格构式结构；拉线塔主柱等效为梁柱单元，其中梁柱单元的等效拉压刚度、弯曲刚度、扭转刚度以及附加质量分布计算如下：(1)等效拉压刚度：计算等效拉压刚度时，忽略斜材和横隔材影响，只考虑主材影响，此时拉线塔的四根L形主材首尾相对围成方形，在方形平面上，以方形中心为原点，以平行垂直任一方形边为x方向，建立XOY平面直角坐标系，拉线塔主柱的等效拉压刚度EA_eq可表示为EA_eq＝EA_legs＝E(A₁+A₂+A₃+A₄)式中，E为主材的拉伸弹性模量；A_eq为梁柱单元的等效截面积；A_legs为主材的截面积之和；A₁‑A₄分别为四根主材各自的截面积；(2)弯曲刚度：由于斜材和横隔材对截面惯性矩的影响远小于主材，因此为了简化计算，梁柱单元的等效弯曲刚度EI_eq可只考虑主材的影响，则x向和y向的弯曲刚度可分别表示为x向：(EI_eq)_xx＝(EI_legs)_xx＝(E(I₁+I₂+I₃+I₄))_xxy向：(EI_eq)_yy＝(EI_legs)_yy＝(E(I₁+I₂+I₃+I₄))_yy式中，I_eq为梁柱单元的等效截面惯性矩；I_legs为主材的截面惯性矩和；I₁‑I₄分别为四根主材各自的截面惯性矩；(3)扭转刚度：基于剪切应变能相等的理论，单片格构式平面结构模型整体静力等效为薄片结构的思想，将单片的格构式结构整体静力等效为薄板结构，薄板的等效厚度为t_e，薄板等效厚度t_e的大小由格构式结构中斜材和横隔材的布置方式决定；拉线塔主柱简化为由四个薄片围成的闭口薄壁杆，根据闭口薄壁杆的扭转变形理论，其等效扭转刚度为可表示为GJ_eq＝Gb³t_e式中，J_eq为梁柱单元的等效极惯性矩，J_eq＝b³t_e；(4)附加质量分布：计算模型需要附加斜材和横隔材的质量以保证与精确模型在质量上相等，因此梁柱单元计算模型单位长度上的附加质量M_add可表示为$M_{add}=\frac{M_{total}-\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{\rho A}}_i{l}_i}{l_{mast}}$式中，M_total为拉线塔主柱的总质量，其数值可从设计图上得到；ρ为主材的密度；n为拉线塔主柱所划分的节间数；A_i为第i段节间主材的截面积和；l_i为第i段节间主材的长度；l_mast为拉线塔主柱的总长度。