CN110889192A - 一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法，包括：获取杆塔参数，通过杆塔参数形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔自重；通过对杆塔、导电线对杆塔基础的受力计算，得到杆塔基础的荷载组成；获取地质条件，根据地质条件确定钢管杆塔基础的形式和等级；根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级，生成钢管杆塔基础三维模型。通过输入所需要的杆塔参数、获取基础荷载、钢管杆塔基础的形式和等级，就可以生成钢管杆塔基础的三维模型。设计速度快，节省人力。

Description

一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法

技术领域

本发明涉及电力系统仿真领域，具体涉及一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法。

背景技术

现有技术中，远距离电网输出需要架设杆塔支撑电线电缆，杆塔需要在地基上设有杆塔基础对其支撑。

在实现本发明过程中，申请人发现现有技术中至少存在如下问题：

通常，杆塔的设计基本都是根据设计人员手动计算，人力成本高；另外，通常也是根据设计人员积累的经验进行，为满足其承重、寿命需求，结构冗余非常大，杆塔基础和结构相对与实际工况结构冗余非常大，所以浪费材料、成本高。

发明内容

本发明实施例提供一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法，通过输入所需要的杆塔参数、获取基础荷载、钢管杆塔基础的形式和等级，就可以生成钢管杆塔基础的三维模型。设计速度快，节省人力。

为达上述目的，本发明实施例提供一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法，包括：

获取杆塔参数，通过杆塔参数形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔自重；

通过对杆塔、导电线对杆塔基础的受力计算，得到杆塔基础的荷载组成；

获取地质条件，根据地质条件确定钢管杆塔基础的形式和等级；

根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级，生成钢管杆塔基础三维模型。

上述技术方案具有如下有益效果：本发明通过三维模型构建钢管杆塔基础，不需采用设计人员的设计经验，通过输入所需要的杆塔参数、获取基础荷载、钢管杆塔基础的形式和等级，就可以生成钢管杆塔基础的三维模型。能够精确计算钢管杆塔基础设计的每个的步骤计算精确，设计速度快，节省人力，同时更符合应用现场的实际工况，不过出现大量冗余，满足设计标准要求的同时还能够节省材料，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，结合本发明的实施例，提供一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法，用于完成在不同的地质条件下架设钢管杆塔所使用的塔基模型构建，所述钢管杆塔基础的三维模型构建包括：

S101：获取杆塔参数，通过杆塔参数形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔的重量；

S102：根据杆塔自重、导地线对钢管杆塔基础产生的作用力，得到杆塔基础的荷载组成；

S103：获取地质条件，根据地质条件确定钢管杆塔基础的形式和等级；

S104：根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级，生成钢管杆塔基础三维模型。

杆塔基础包括：台阶式、灌注桩、掏挖式、套筒式，通常在设计时，设计人员会根据设计经验选择杆塔基础为台阶式、灌注桩、掏挖式还是套筒式，并且根据经验设计出具体的杆塔基础结构，为满足其承重、寿命需求，结构冗余非常大，所以浪费材料、成本高。

本发明通过三维模型构建钢管杆塔基础，不需采用设计人员的设计经验，通过输入所需要的杆塔参数、获取基础荷载、钢管杆塔基础的形式和等级，就可以生成钢管杆塔基础的三维模型。钢管杆塔基础设计的每个的步骤计算精确，设计速度快，节省人力，同时与应用现场的实际工况更符合，不过出现大量冗余，满足设计标准要求的同时还能够节省材料，降低成本。

因为杆塔基础作为钢管杆塔的受力支撑，所以构建杆塔基础的三维模型，必须得先分析后杆塔基础的受力，杆塔基础的受力其中包括来自钢管杆塔的受力，所以先对杆塔进行受力分析，形成杆塔的受力参数和结构参数，用作杆塔基础的受力分析。

优选地，步骤101具体包括：

获取杆塔所受的外负荷，所述外负荷包括：风荷、电缆电线负荷、覆冰荷载，对所述杆塔外负荷进行受力分析，生成所述杆塔参数，；所述杆塔参数包括：每个杆塔的两脚之间的正面距离和侧面距离，主结构件的位置关系，还包节点的塔脚的板形式、连接不同板的节点锚栓规格和锚栓位置关系；

根据生成的杆塔参数，形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔的自重。具体为：通过所述杆塔参数生成杆塔结构，得到杆塔自重；也就是通过所述杆塔参数生成杆塔结构，通过杆塔的结构参数首先仿真出杆塔的主承力结构件，然后在对每个主承力结构进一步细化仿真。使得整个杆塔满足强度和刚度要求，通过主承力结构的重量计算获得杆塔的自重。获取杆塔所受的外负荷，所述外负荷包括：风荷(可分解为水平分量和竖直分量)、电缆电线负荷(即为来自电缆电线对钢管杆塔的拉力)、覆冰荷载(指冬季可能存在电线电缆上覆盖有冰层或冰锥的工况)，对所述杆塔外负荷进行受力分析，生成所述杆塔的结构参数，所述杆塔的结构参数包括：每个杆塔的两脚之间的正面距离和侧面距离，主结构件(主结构件为杆塔的主要承力构件)的位置关系，还包括节点的塔脚的板形式和数量、连接不同板的节点锚栓规格和锚栓位置关系，这样就可以通过杆塔的结构参数就仿真出杆塔结构。从而可以分析出杆塔的自重，杆塔的自重与杆塔所受的外负荷均会影响钢管杆塔基础的结构，所以，均为钢管杆塔基础受力分析的输入条件。

优选地，杆塔基础所述的荷载组成包括竖直受力和水平受力；具体包括：

获取杆塔的自重、导地线自重、导地线的张力在竖直方向的分量和风荷在竖直方向的分量，得到钢管杆塔基础的竖直受力；

获取导地线的张力在水平直方向的分量和风荷在水平方向的分量，计算得到钢管杆塔基础的水平受力。

也就是：通将钢管杆塔基础的受力通过垂向和水平两个方向进行分析，垂向受力包括导地线自重、杆塔的自重、导地线的张力在竖直方向的分量和风荷在竖直方向的分量，得到钢管杆塔基础的竖直受力；水平受力则包括导地线的张力在水平直方向的分量和风荷在水平方向的分量，对钢管杆塔基础所受的水平力进行分析，得到钢管杆塔基础的水平受力。那么最终形成的基础荷载包括杆塔水平方向的受力和竖直方向的受力。

针对钢管杆塔基础进行的受力分析，根据钢管杆塔基础的安装地区、安装位置的地质条件，进行相应的受力组合来分析得到水平方向的受力和竖直方向的受力。

优选地，步骤102还包括：通过手工输入或者自动导入杆塔的自重、导地线自重、导地线的张力、风荷。

可进一步根据钢管杆塔基础的安装地区、安装位置的地质条件选择适合的杆塔基础类型。

当采用手工输入杆塔钢管杆的荷载时：

第一，先设置杆塔类型。

第二，手工输入荷载，基础荷载可为标准值，也可为设计值，标准值是在指定气象条件下，杆塔结构所受的真实外负荷。设计值，是将标准值乘以一定的系数之后得到的值。当杆塔的受力只有一种时，需要将该种受力乘以一定的系数进行转化，转换为设计值。具体原因如下：

杆塔结构荷载分为永久荷载和可变荷载，永久荷载包括：杆塔结构自重、导地线自重；可变荷载包括：导地线的张力和风荷、覆冰荷载。

针对杆塔的结构的强度、稳定性等用荷载的设计值计算，结构的变形和裂缝等用荷载的标准值计算。

当无法提供导地线的张力和风荷、覆冰荷载时，需要根据导地线的自重等乘以一定的系数，得到导地线的张力和风荷、覆冰荷载。

同样，对于钢管杆塔基础的受力分析，通常为具有多工况的基础作用力(即具有多种受力形式，也就是具有多个受力)。那么，当只有单项(一种)作用力时，也需要转化为设计值，其中，竖直力的转换参数可以取保守取值(设计值转换标准值，取1.2，比如，对结构有利时，重力分项系数取1.0，否则取1.2。标准值转换设计值，取1.4，比如，当因覆冰导致的重力发生变化，则取1.4)，或者择中取1.3或其它经验值。

第三、通过杆塔基础的受力计算结果选取杆塔基础类型以及与杆塔的连接方式。杆塔基础的类型包括：台阶式、灌注桩、掏挖式、套筒式等。

优选地，步骤103具体包括：

自数据库里获取地质参数，通过不同的地质参数表示不同的地质条件；所述地质参数包括：土壤类型、地面处的高水位、地面处的低水位；通过对不同地质参数的确定，也就确定了钢管杆塔基础的形式，同时也确定了相应的计算方法。

通过土壤参数表土壤类型示，土壤参数包括：重度、上拔角、地基承载力，土壤参数通过对钢管杆塔基础所要设置的地质的岩土工程勘察资料获取。通过土壤类型可得到地基承载力，也就是最大下压力。还可以通过土壤的重度和上拔角计算出来多深的基础可以足以抵抗指定的上拔力。

优选地，步骤103具体包括：

通过地址条件确定混凝土等级、主柱钢筋等级、底板钢筋等级、台阶钢筋等级和主柱箍筋等级；其中，混凝土等级越高，抗压能力越强，相同的抗压能力要求下，需要的混凝土就越少。与混凝土相反，钢筋只能抗拉，它的等级越高抗拉能力就越强。相同抗拉能力要求下，钢筋的量就需要的越少。但含筋率(是指构件截面面积中钢筋的面积所占比例) 必须符合标准要求。箍筋则主要承受垂直于主筋的外力，也就是通常我们说的剪力。在获得主柱钢筋等级时，可自动匹配不同的底板钢筋等级、台阶钢筋等级和主柱箍筋等级，可以根据实际情况在界面直接选择，比如，所选等级的钢筋不存在，那就可能需要降低等级增加布筋量。

混凝土等级、主柱钢筋等级、底板钢筋等级、台阶钢筋等级和主柱箍筋等级均依据《混凝土结构设计规范GB50010-2010》，包括其中原有和新添加的各种混凝土、钢筋数据。

并且在确定混凝土等级、主柱钢筋等级、底板钢筋等级、台阶钢筋等级和主柱箍筋等级后，自动获得混凝土抗压强度、混凝土抗拉强度、主柱钢筋抗拉强度、主柱钢筋抗压强度、底板钢筋抗拉强度、台阶钢筋抗拉强度、主柱箍筋抗拉强度值。

优选地，步骤104具体包括：

根据杆塔参数、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级进行绘图设置，生成钢管杆塔基础三维模型，设置的内容包括：杆塔基础内的哪些结构需要绘制、不同构件的颜色、最终生成的二维视图的展现形式、线形等。也就是在三维模型中，不同材质通过不同的颜色展现，比如混凝土与钢材采用不同的颜色来体现。不同强度的钢材或是混凝土则只能通过查看其对应的属性值,不能直接从三维图中直接看出三维模型可以直观展示钢管杆塔基础的结构，并将三维模型转化为二维工程图，用于制造、施工。

钢管杆塔基础的主结构单独生成，然后根据每个主结构的结构数据,将其有效整合成一个整体进行展示。杆塔的很多结构采用多个主柱，每个主柱对应一个受力基础部件，每个受力基础部件可以是完全独立，也可以是相互关联，而结构数据则表示这些受力基础部件的相对位置及关联性(比如是否存在连梁)。

其中，针对杆塔结构的展现为选择性，根据具体情况而定是否展现，展现的杆塔结构包括：每个杆塔的两脚之间的正面距离和侧面距离，主结构件的位置关系，还包节点的塔脚的板形式、连接不同板的节点锚栓规格和锚栓位置关系。

优选地，还包括：

S105、根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级生成钢管杆塔基础计算书。

针对杆塔基础进行受力分析后，构建的三维模型能够以三维的方式展示出来。而整个计算过程的数据会生成计算书，以文字、图标等形式展示，具体内容包括：各部件的抗拉、抗压、弯曲、整体结构的抗倾覆性、抗侧滑性计算，另外还有部分构件的开裂验算。用于备案，为后续设计制造钢管杆塔基础积累经验。也可在制造施工过程中进行查看。

优选地，还包括：

S105：校验钢管杆塔基础三维模型，确定三维模型是否可用。

使用弹性力学模型来校验钢管杆塔基础三维模型，校验是否满足结构设计规范中规定的在各种荷载条件下(不同工况下)钢筋混凝土的强度、裂缝及配筋率的要求；以及根据实际基础施工地的复杂场景检查露头及碰撞以及应力扩散等是否符合要求。如果满足，则转化为二维图。否则，需查找原因重新生成三维模型。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，包括：

获取杆塔参数，通过杆塔参数形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔自重；

根据杆塔自重、导地线对钢管杆塔基础产生的作用力，得到杆塔基础的荷载组成；

获取地质条件，根据地质条件确定钢管杆塔基础的形式和等级；

根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级，生成钢管杆塔基础三维模型。

2.根据权利要求1所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，获取杆塔参数，通过杆塔参数形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔的重量，具体包括：

获取杆塔所受的外负荷，所述外负荷包括：风荷、电缆电线负荷、覆冰荷载，对所述杆塔外负荷进行受力分析，生成所述杆塔参数；所述杆塔参数包括：每个杆塔的两脚之间的正面距离和侧面距离，主结构件的位置关系，还包节点的塔脚的板形式、连接不同板的节点锚栓规格和锚栓位置关系；

根据生成的杆塔参数，形成杆塔结构；通过计算杆塔结构的重量，得到杆塔的自重。

3.根据权利要求2所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，杆塔基础所述的荷载组成包括竖直受力和水平受力；具体包括：

获取杆塔的自重、导地线自重、导地线的张力在竖直方向的分量和风荷在竖直方向的分量，得到钢管杆塔基础的竖直受力；

获取导地线的张力在水平直方向的分量和风荷在水平方向的分量，计算得到钢管杆塔基础的水平受力。

4.根据权利要求3所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，根据杆塔自重、导地线对钢管杆塔基础产生的作用力，得到杆塔基础的荷载组成，还包括：

通过手工输入或者自动导入杆塔的自重、导地线自重、导地线的张力、风荷。

5.根据权利要求1所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，获取地质条件，根据地质条件确定钢管杆塔基础的形式和等级；具体包括：

自数据库里获取地质参数，通过不同的地质参数表示不同的地质条件；所述地质参数包括：土壤类型、地面处的高水位、地面处的低水位；

通过土壤参数表示土壤类型；土壤参数包括：重度、上拔角、地基承载力。

6.根据权利要求1所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，获取地质条件，根据地质条件确定钢管杆塔基础的形式和等级，具体包括：

通过地址条件确定混凝土等级、主柱钢筋等级、底板钢筋等级、台阶钢筋等级和主柱箍筋等级；

并且在确定混凝土等级、主柱钢筋等级、底板钢筋等级、台阶钢筋等级和主柱箍筋等级后，自动获得混凝土抗压强度、混凝土抗拉强度、主柱钢筋抗拉强度、主柱钢筋抗压强度、底板钢筋抗拉强度、台阶钢筋抗拉强度、主柱箍筋抗拉强度值。

7.根据权利要求1所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级，生成钢管杆塔基础三维模型，具体包括：

根据杆塔参数、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级进行绘图设置，生成钢管杆塔基础三维模型，并将三维模型转化为二维工程图。

8.根据权利要求1所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，还包括：

根据杆塔自重、杆塔基础的荷载组成、钢管杆塔基础的形式和等级生成钢管杆塔基础计算书。

9.根据权利要求1所述的钢管杆塔基础的三维模型构建方法，其特征在于，还包括：

校验钢管杆塔基础三维模型，确定三维模型是否可用。

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