CN104732043A - 变电架构的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变电架构的设计方法,用于复杂变电站架构钢梁较多建模复杂的变电站构架,包括以下步骤，A、根据变电架构钢梁的长度对钢梁分组；B、选取参考钢梁进行分析，计算参考钢梁的整体刚度；C、建立与参考钢梁的整体刚度相同、结构简单的等代钢梁模型；D、建立由等代钢梁和架构柱组成的架构模型，进行有限元分析，完成架构柱的截面设计；E、建立空间格构式钢梁模型，将等代钢梁端头内力和自身承受的荷载施加到该模型中，进行有限元分析，完成参考钢梁的截面设计；F、将设计结果应用于同组其他钢梁，完成变电构架的设计。本发明能够简化复杂结构，减少了建模工作量，缩短设计周期，提高工作效率。

Description

变电架构的设计方法
技术领域
本发明涉及变电站架构的设计方法，尤其是用于复杂变电站架构钢梁较多、建模复杂的变电站构架。
背景技术
在变电站架构设计中，完成架构结构的初步设计后，需要通过建模和结构计算检验所设计的钢架构结构强度和变形是否满足规范要求，确定空间格构式钢梁的截面承载力，根据截面承载力调整空间格构式钢梁截面大小。变电站架构包括架构柱和由多个构件组成的钢梁，目前所采用的设计方法是采用架构的钢梁和架构柱整体建模，钢梁采用空间格构式钢梁，通过对每个构件的内力进行分析，最终确定截面大小。
随着工业与民用电负荷需求逐年增加，新建电力设施的建设任务日益繁重，大型变电站不断涌现，变电架构结构形式逐步向多构件联合受力方向发展，结构的受力状况更加复杂，而每根钢梁又由数百个构件组成，采用梁柱整体建模，运用有限元分析软件进行分析计算，整体模型结构构件数量庞大，最终造成有限元计算分析工作量非常大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种变电架构的设计方法，能够减少变电站架构的建模及结构计算的工作量，减少架构钢梁和架构柱的截面设计时间。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
变电架构的设计方法，包括以下步骤，
A、根据变电架构钢梁的几何尺寸和荷载对钢梁分组，相同几何尺寸和荷载的钢梁分为同一组；
B、每一组钢梁中选取一根钢梁作为参考钢梁进行设计，确定该参考钢梁的截面面积指标、抗剪面积指标、惯性矩指标、极惯性矩指标，根据上述指标计算参考钢梁的整体刚度；
C、依据B步骤求得的整体刚度，建立与参考钢梁的整体刚度相同、结构简单的等代钢梁模型；
D、建立由等代钢梁和架构柱组成的架构模型，利用有限元分析软件对架构模型进行有限元分析，确定等代钢梁的端头内力，并确定架构柱的截面承载力，根据截面承载力调整架构柱截面大小，完成架构柱的截面设计；
E、建立每一根参考钢梁的空间格构式钢梁模型，空间格构式钢梁与参考钢梁具体构件和实际结构相同；读取步骤D中的等代钢梁端头内力并将端头内力和参考钢梁自身承受的荷载施加到空间格构式钢梁的模型中，利用有限元分析软件进行有限元分析，确定空间格构式钢梁的截面承载力，根据截面承载力调整空间格构式钢梁截面大小，完成参考钢梁的截面设计；
F、将参考钢梁的截面设计结果应用到同组其他钢梁上，从而完成变电构架整体的设计。
本发明的进一步改进在于：步骤B中所述的等代钢梁是由单个构件构成的长度方向均匀的钢梁模型，等代钢梁的截面为三角形或矩形。
本发明的进一步改进在于：步骤B中所述的钢梁的整体刚度包括抗弯刚度、抗扭刚度、抗剪刚度。
本发明的进一步改进在于：步骤D和步骤E中有限元分析的过程所利用有限元分析软件是ANAYS或者STAAP.PRO。
由于采用上述技术方案，本发明所产生的有益效果在于：
本发明的变电架构的设计方法可简化复杂结构，减少了建模工作量，缩短设计周期，提高工作效率。
本发明的步骤A将钢梁进行分组，同组的钢梁几何尺寸相同，结构相同选取参考钢梁进行分析设计就能得出同组其他钢梁的设计结果，减少了工作分析设计的工作量，提高工作效率。
本发明的步骤C建立等代钢梁模型，减少了构件，缩短了建模时间，只要保证等代钢梁模型的刚度与实际钢梁的刚度相同，就能保证钢梁对架构柱施加的力相同，计算构架柱的截面承载力就不会出现差错，保证了本发明的方法对构架柱的截面设计的准确性。
本发明的空间格构式钢梁模型与参考钢梁具体构件和实际结构相同，代入读取的等代钢梁的端头内力和参考钢梁自身承受的荷载，保证构架柱对钢梁施加的力相同，计算到具体的构件就能保证钢梁截面设计的准确性。
将参考钢梁的截面设计结果应用到同组其他钢梁上，不需要对每根钢梁进行建模设计，大大减少了建模工作量，节省了工作时间，提高了工作效率。
附图说明
图1是本发明步骤流程示意图；
图2是传统建模方式的构架模型示意图；
图3是本发明的等代钢梁和架构柱组成的架构模型示意图；
图4是本发明的空间格构式钢梁模型示意图；
在附图中：1、架构柱， 2、空间格构式钢梁，3、等代钢梁。
具体实施方式
变电架构的设计方法，包括以下步骤，
A、根据变电架构钢梁的几何尺寸和荷载对钢梁分组，相同几何尺寸和荷载的钢梁分为同一组。
B、每一组钢梁中选取一根钢梁，这根钢梁作为参考钢梁，对参考钢梁进行分析，根据参考钢梁所需满足的强度条件确定该参考钢梁的截面面积指标、抗剪面积指标、惯性矩指标、极惯性矩指标，根据上述指标代入刚度计算公式就能计算出参考钢梁的整体刚度；同组的钢梁长度相同，结构相同选取参考钢梁进行分析设计所得到的结果与同组其他钢梁的设计结果是相同的，所以选参考钢梁进行分析的结果能够应用在同组其他钢梁中，减少了工作分析设计的工作量，提高工作效率。
C、在计算钢梁截面变形影响因素的基础上进行建模，依据B步骤求得的整体刚度，建立与参考钢梁的整体刚度相同、结构简单的等代钢梁3模型；利用结构简单的等代钢梁3进行分析，减少了构件，缩短了建模时间。
D、建立由等代钢梁3和架构柱1组成的架构模型，利用有限元分析软件对架构模型进行有限元分析，确定架构柱1的截面承载力，根据截面承载力调整架构柱1截面大小，完成架构柱1的截面设计；确定等代钢梁3的端头内力；端头内力是指架构柱1对钢梁的作用力，只要保证等代钢梁3模型的刚度与实际钢梁的刚度相同，就能保证钢梁对架构柱1施加的力相同，计算构架柱1的截面承载力就不会出现差错，保证了对构架柱1的截面设计的准确性。
E、建立每一根参考钢梁的空间格构式钢梁2模型，空间格构式钢梁2与参考钢梁具体构件和实际结构相同；将步骤D中读取的等代钢梁3端头内力和参考钢梁自身承受的荷载施加到空间格构式钢梁2的模型中，利用有限元分析软件进行有限元分析，确定空间格构式钢梁2的截面承载力，根据截面承载力调整空间格构式钢梁2截面大小，完成参考钢梁的截面设计；空间格构式钢梁2模型与参考钢梁具体构件和实际结构相同，代入读取的等代钢梁3的端头内力和参考钢梁自身承受的荷载，保证构架柱1对钢梁施加的力相同，计算到具体的构件就能保证钢梁截面设计的准确性。
F、将参考钢梁的截面设计结果应用到同组其他钢梁上，从而完成变电构架整体的设计。
步骤B中所述的等代钢梁3是由单个构件构成的长度方向均匀的钢梁模型，等代钢梁3的截面为三角形或矩形。确定等代钢梁3的模型参数时，首先根据工程需要确定截面形状，再根据经验估算截面参数，将截面参数代入刚度计算公式，将计算结果与实际需要的刚度进行对比，根据对比得出的误差再进行微调，得到刚度与参考钢梁相同的等代钢梁3的模型。
步骤A中所述的钢梁的整体刚度不是一个单一的数值，而是由一组参数共同表示；整体刚度包括x轴的抗弯刚度、y轴的抗弯刚度、抗扭刚度、抗剪刚度等参数。
步骤D和步骤E中有限元分析的过程所利用有限元分析软件是ANAYS和STAAP.PRO。
常规500kV联合架构在设计时，用传统方法整体建模后共建立构件13000多个，建模复杂，设计时间长；采用本发明的变电架构的设计方法，整体模型杆件数量仅为350个左右，大幅减少模型建立工作量，缩短了结构建模及结构分析时间，提高了工作效率；而且本发明的变电架构的设计方法不影响计算分析的准确性，运用本发明进行设计的结果与传统方法设计的结果误差不超过3%，处于设计规范要求允许误差范围之内。
本发明能够在不影响结果准确性的基础上大大减少变电站架构的建模及结构计算的工作量，节省架构钢梁和架构柱的截面设计时间。

Claims (4)

1.变电架构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤，
A、根据变电架构钢梁的几何尺寸和荷载对钢梁分组，相同几何尺寸和荷载的钢梁分为同一组；
B、每一组钢梁中选取一根钢梁作为参考钢梁进行设计，确定该参考钢梁的截面面积指标、抗剪面积指标、惯性矩指标、极惯性矩指标，根据上述指标计算参考钢梁的整体刚度；
C、依据B步骤求得的整体刚度，建立与参考钢梁的整体刚度相同、结构简单的等代钢梁（3）模型；
D、建立由等代钢梁（3）和架构柱（1）组成的架构模型，利用有限元分析软件对架构模型进行有限元分析，确定等代钢梁（3）的端头内力，并确定架构柱（1）的截面承载力，根据截面承载力调整架构柱（1）截面大小，完成架构柱（1）的截面设计；
E、建立每一根参考钢梁的空间格构式钢梁（2）模型，空间格构式钢梁（2）与参考钢梁具体构件和实际结构相同；读取步骤D中的等代钢梁（3）端头内力并将端头内力和参考钢梁自身承受的荷载施加到空间格构式钢梁（2）的模型中，利用有限元分析软件进行有限元分析，确定空间格构式钢梁（2）的截面承载力，根据截面承载力调整空间格构式钢梁（2）截面大小，完成参考钢梁的截面设计；
F、将参考钢梁的截面设计结果应用到同组其他钢梁上，从而完成变电构架整体的设计。
2.根据权利要求1所述的变电架构的设计方法，其特征在于：步骤B中所述的等代钢梁（3）是由单个构件构成的长度方向均匀的钢梁模型，等代钢梁（3）的截面为三角形或矩形。
3.根据权利要求1所述的变电架构的设计方法，其特征在于：步骤B中所述的钢梁的整体刚度包括抗弯刚度、抗扭刚度、抗剪刚度。
4.根据权利要求1所述的变电架构的设计方法，其特征在于：步骤D和步骤E中有限元分析的过程所利用有限元分析软件是ANAYS或者STAAP.PRO。
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