CN112182689B

CN112182689B - 一种输电塔主材内力的监测方法及系统

Info

Publication number: CN112182689B
Application number: CN202010877073.4A
Authority: CN
Inventors: 赵光泰; 曹丹京; 徐再根; 林清海; 张丽娟; 孙宗德; 李靖宇; 路建辉
Original assignee: Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Corp Ltd
Current assignee: Shandong Electric Power Engineering Consulting Institute Corp Ltd
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: CN112182689A

Abstract

本公开提出了一种输电塔主材内力的监测方法及系统，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：确定输电塔主材内力计算位置；在上述计算位置处，根据外荷载作用高度，确定作用在计算截面处的弯矩；基于作用在计算截面处的弯矩采用截面法或节点法计算主材内力，基于获得的主材内力进行内力分析判断其稳定性。在计算桁架结构主材内力时，弯矩计算方法与传统计算方法不同，该发明以主材内力计算节间的根部(节间最下端)为外荷载力臂取值截面，符合实际受力情况，结构选材安全。

Description

一种输电塔主材内力的监测方法及系统

技术领域

本公开属于架空输电线路技术领域，尤其涉及一种输电塔主材内力的监测方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，我国输电线路领域输电塔的设计采用线性空间桁架结构，假定自立式铁塔有若干个平面桁架组成，然后对这些平面桁架进行内力分析，该种方法忽略了桁架的空间作用，是一种近似计算方法，但对大多数简单的静定结构或超静定次数较低的结构所引起的误差不大，因此，仍然是一种既简单又实用的分析方法，被广泛应用。

关于平面桁架进行内力分析，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

(1)平面桁架内力计算时，主材内力采用截面法或节点法，计算结果为近似值；

(2)空间桁架结构铁塔主材内力计算时，上部外荷载取力矩方法有待改进。

参见附图1所示，空间桁架结构的铁塔在计算主材内力时，作用在结构上的外荷载P是以主材内交叉斜材的交点O为力矩点取距计算上部结构产生的弯矩，以力矩点处的水平截面为计算主材内力截面，利用力的平衡方程得出主材内力。

该方法是一种近似计算方法，与主材的实际受力有较大差别，主材内力采用该计算方法忽略了荷载节点200-300内采用同一角钢规格的制图情况，这样计算出的内力对于计算截面(O点)以上主材的杆件内力是合理的，但对于计算截面(O点)以下的主材内力不能满足实际受力要求。

该处的200-300，指的是图1中的荷载节点200到荷载节点300之间的这部分线段。图中的100、101、200、201、300、301、400、401是主材和斜柱的交点，这样的交点，称之为荷载节点。

总之，空间桁架结构的输电塔，其主材内力计算时若采用上述计算方法，会导致主材根部内力计算偏小，不能满足实际受力要求，会给输电塔的后期运行带来安全隐患。上述缺陷是本领域工程技术人员面临的实际问题，也是现阶段迫切需要解决的问题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本公开提供了一种输电塔主材内力的监测方法，在满足杆件承载力要求的前提下，提供一种安全合理的输电塔主材内力计算方法，见图2。

为实现上述目的，本公开的一个或多个实施例提供了如下技术方案：

第一方面，公开了一种输电塔主材内力的监测方法，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：

确定输电塔主材内力计算位置；

在上述计算位置处，根据外荷载作用高度，确定作用在外荷载力臂取值截面即节间的根部处的弯矩；

基于作用在计算截面处的弯矩采用截面法或节点法计算主材内力，基于获得的主材内力进行确定杆件的规格。

进一步的技术方案，所述确定输电塔主材内力计算位置时，输电塔主材相连荷载节点之间的杆为监测对象。

进一步的技术方案，所述确定作用在计算截面处的弯矩，对应的计算公式为：

M＝P₁h₁+P₂h₂

其中，M为弯矩；P1为作用在桁架结构荷载节点上的水平力；P2为作用在桁架结构荷载节点上的水平力；h1、h2为主材内力计算时，P1及P2水平力到弯矩计算截面的力臂。

进一步的技术方案，计算主材内力包括主材的压力和拉力，主材的压力通过以下方式计算：

主材的拉力通过以下方式计算：

其中，M为弯矩，G为作用在桁架结构上的垂直力，b为斜材交叉点O到主材的垂直距离。

第二方面，公开了一种输电塔主材内力的监测系统，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：

计算位置确定模块，被配置为：确定输电塔主材内力计算位置；

弯矩计算模块，被配置为：在上述计算位置处，根据外荷载作用高度，确定作用在外荷载力臂取值截面即节间的根部处的弯矩；

主材内力获取模块，被配置为：基于作用在计算截面处的弯矩采用截面法或节点法计算主材内力，基于获得的主材内力进行确定杆件的规格。

以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1.本发明在计算桁架结构主材内力时，弯矩计算方法与传统计算方法不同，该发明以主材内力计算节间的根部(图1中301-300截面处)为外荷载力臂取值截面，符合实际受力情况，结构选材安全。

2.本发明可推广至输电塔塔头、塔腿等部位的主材内力计算，计算方法简单、易懂，方法合理，满足输电塔受力要求。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为传统公开实施例输电塔主材内力计算图示；

图2为本公开实施例空间桁架结构的铁塔示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

如图2所示，本实施例公开了一种输电塔主材内力的监测方法，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：

步骤(1)：确定主材内力计算位置，取节间200-300杆为计算对象；

步骤(2)：根据外荷载作用位置，确定作用在计算截面处的弯矩；

步骤(3)：根据力的平衡原理，采用截面法计算主材内力，基于获得的主材内力进行确定杆件的规格，用于输电塔杆件的设计。

具体实施例子中，步骤(1)确定主材计算节间200-300为计算对象。

具体实施例子中，步骤(2)根据外荷载作用位置，确定作用在计算截面处的弯矩；

M＝P₁h₁+P₂h₂

具体实施例子中，步骤(3)根据力的平衡原理，采用截面法计算200-300段主材内力；

200-300杆件主材的压力：

200-300杆件主材的拉力：

上式中：

G——作用在桁架结构上的垂直力，kN；

P1、P2——作用在桁架结构上的水平力，kN；

h1、h2、h3、h4——主材内力计算时，水平力到弯矩计算截面的力臂，m；

100、101、200、201、300、301、400、401——荷载节点，m；

b——斜材交叉点O到主材的垂直距离，m；

N、T——分别为主材的压力、拉力，kN。

上述方法适用于空间桁架结构的主材内力计算。

实施例二

本实施例公开了一种输电塔主材内力的监测系统，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：

弯矩计算模块，被配置为：在上述计算位置处，根据外荷载作用高度，确定作用在计算截面处的弯矩；

主材内力获取模块，被配置为：基于作用在计算截面处的弯矩采用截面法或节点法计算主材内力，基于获得的主材内力进行内力分析判断其稳定性。

在该实施例子中，具体的模块计算过程参见上述实施例子一种输电塔主材内力的监测方法中的具体计算方式。

本公开技术方案基于铁塔的杆件、荷载的大小、荷载节点的位置进行计算得到输电塔主材内力。

实施例三

本实施例的目的是提供一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述实施例子一中的一种输电塔主材内力的监测方法的步骤。

实施例四

本实施例的目的是提供一种计算机可读存储介质。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时执行上述实施例子一中的一种输电塔主材内力的监测方法的步骤。

实施例五

本实施例的目的是提供一种输电塔，所述输电塔采用上述输电塔的主材内力的监测方法获得主材内力。

具体实施例子中，输电塔，包括结构主材、斜材、荷载节点、结构的水平荷载P1、P2，结构的垂直荷载G，水平荷载P1、P2到计算截面(O点)的垂直距离h1、h2。

所述空间桁架结构有主材和斜材组成，为前后左右对称结构；桁架结构的横切面为矩形或正方形，所有杆件之间的连接视为铰接。

所述自立式输电塔为空间桁架结构，组成桁架结构的杆材有角钢、钢管或为复合型材料桁架结构，桁架斜材为对称交叉布置。

以上实施例的装置中涉及的各步骤与方法实施例一一对应，具体实施方式可参见实施例一的相关说明部分。术语“计算机可读存储介质”应该理解为包括一个或多个指令集的单个介质或多个介质；还应当被理解为包括任何介质，所述任何介质能够存储、编码或承载用于由处理器执行的指令集并使处理器执行本公开中的任一方法。

本领域技术人员应该明白，上述本公开的各模块或各步骤可以用通用的计算机装置来实现，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。本公开不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims

1.一种输电塔主材内力的监测方法，其特征是，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：

确定输电塔主材内力计算位置；

基于作用在外荷载力臂取值截面处的弯矩采用截面法或节点法计算主材内力，基于获得的主材内力进行确定杆件的规格。

2.如权利要求1所述的一种输电塔主材内力的监测方法，其特征是，所述确定输电塔主材内力计算位置时，输电塔主材相连荷载节点之间的杆为监测对象。

3.如权利要求1所述的一种输电塔主材内力的监测方法，其特征是，所述确定作用在外荷载力臂取值截面处的弯矩，对应的计算公式为：

M＝P₁h₁+P₂h₂

其中，M为弯矩；P1作用在桁架结构上的水平力；P2作用在桁架结构上的水平力；h1、h2为主材内力计算时，P1及P2水平力到外荷载力臂取值截面的力臂。

4.如权利要求1所述的一种输电塔主材内力的监测方法，其特征是，计算主材内力包括主材的压力和拉力，计算方式如下：

压力：

拉力：

5.一种输电塔主材内力的监测系统，其特征是，适用于自立式输电塔结构的主材内力计算，包括：

主材内力获取模块，被配置为：基于作用在外荷载力臂取值截面处的弯矩采用截面法或节点法计算主材内力，基于获得的主材内力进行确定杆件的规格。

6.一种计算装置,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征是，所述处理器执行所述程序时实现上述权利要求1-4任一所述的一种输电塔主材内力的监测方法的步骤。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征是，该程序被处理器执行时执行上述权利要求1-4任一所述的一种输电塔主材内力的监测方法的步骤。

8.一种输电塔，其特征是，所述输电塔采用上述权利要求1-4任一所述输电塔主材内力的监测方法获得主材内力。

9.如权利要求8所述的一种输电塔，其特征是，输电塔为空间桁架结构，空间桁架结构有主材和斜材组成，空间桁架结构为前后左右对称结构；桁架结构的横切面为矩形。

10.如权利要求8所述的一种输电塔，其特征是，桁架斜材为对称交叉布置。