基于能量原理的通信单管塔P-Δ效应分析方法研究

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随着社会的发展,高耸结构在工业、交通运输和通讯工程中的应用越来越多,如广播电视塔、通信塔、烟囱等,这些设施属于高柔结构,自重及顶部承载所产生的巨大竖向力对结构侧向变形P-△效应的影响已不可忽视。因此,高耸结构P-△效应也日益为人们所关注。通信单管塔是一种锥形截面的高柔结构。在水平荷载和竖向荷载的同时作用下会发生较大的水平位移,P-△效应比较显著。规范规定单管塔计算过程中应考虑杆身变形的P-△效应影响。运用非线性有限元方法计算P-△效应是一种可行而且成熟的方法。但是对于工程设计而言,寻求简捷可行的直接算法计算变形的P-△效应有更加现实的意义。已经有若干种近似方法可以用于P-△效应的求解,也有文献提出了基于梁挠度微分方程的精确方法,但它们都存在各自的局限性。本文的研究就围绕通信单管塔的杆身变形P-△效应问题展开,首先建立简化模型,提出基于能量原理的P-△效应分析方法;然后进一步分析在复杂荷载作用下的复杂的结构的P-△效应的计算方法,并得出基于能量原理的通信单管塔最大侧移的计算公式;之后,为了验证该方法的正确性和精确性,本文对一个工程实例用基于能量原理的P-△效应分析方法进行了分析,得到了P-△效应影响下的塔身最大侧移;最后利用大型有限元分析软ANSYS对该工程实例进行分析。研究结果表明:能量法分析单管塔P-△效应结果是正确的,且具有很高的精度。所以分析承受复杂荷载的复杂高耸结构的P-△效应,能量法是一种有效的方法。
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