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有限元模型输电塔架动力特性分析的影响
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【结构设计实习报告】摘要：本文较全面地分析讨论了节点构造和节点刚度等因素对塔架动力性能的影响及在有限元建模中的处理方法。本文选取一个500kV输电线路中常见的猫头型塔架，建立了1个空间桁架模型、1个空间刚架模型和3个由杆单元和梁单元组成的混合有限元模型，对输电塔架结构进行了模态分析，系统研究讨论了不同有限元模型、连接偏心对模态分析结果的影响，指出了各种有限元模型在塔架动力特性分析中的特点和适用范围，对输电塔架结构的动力特性研究具有实用意义。
关键词：有限元 输电塔架 模态分析 动力特性 偏心连接 节点刚度
1 前言
由于输电塔架的现场施工条件比较艰苦，其节点构造都尽量简单，通常腹杆只有一肢通过螺栓与弦杆或其它腹杆偏心连接，使得汇于同一节点的各杆轴线很难交于一点，加上单角钢杆件截面的形心和剪力中心不重合，实际杆件并非理论上的二力杆；另外弦杆一般在节点上是连续的，腹杆与节点的连接刚度也不是完全的铰节点或刚节点，也就是说，实际塔架在杆件和节点两方面都与桁架或刚架基本假定不尽相符。因此在用有限元进行塔架结构的动力特性分析时，对杆件和节点的不同处理无疑会直接影响计算分析结果。本文针对这些问题进行较全面的分析讨论。
2 建立塔架有限元模型时对节点的处理
用有限元法分析塔架结构时，通常将所有杆都取为杆单元即二力杆，从而形成空间桁架结构。由于杆单元不能考虑杆件端部的连接刚度和偏心的影响，而且还会导致塔架结构模型的许多部位如横隔杆出横隔平面、再分式腹杆出桁架平面等几何可变。要消除空间桁架模型的几何可变性的一种方法是附加一些约束杆单元，另一种方法就是去掉次腹杆，将再分杆改为不再分。但后一种方法在处理横隔或同一主材两相邻塔面没有公共节点时仍会遇到困难，而且把所有次腹杆去掉无疑会给分析带来较大误差。相比之下，前一种方法即切实可行，只要合理设置附加杆，分析结果的误差也很小，所以本文采用这种方法来消除空间桁架模型的几何可变性。
附加杆单元的设置原则是既要消除结构出现几何可变性，又不能明显影响塔架结构的受力状态，
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