通信塔屈曲變形研究

李 波

（濱州學院 建筑工程學院， 山東 濱州 256600）

0 引言

生命線工程是指與城市的正常運行密切相關、對國計民生有重大影響的工程系統(tǒng)[1]，而通信系統(tǒng)又是生命線工程的重要組成部分，所以研究通信系統(tǒng)中的通信塔抗震性能尤為重要 ，了解鐵塔結構的屈曲變形規(guī)律是準確進行抗震性能研究的關鍵。本文針對目前在通信系統(tǒng)中常用的三管塔，利用有限元軟件建立模型，對其進行屈曲分析，探究在不同振動模態(tài)下三管塔的屈曲變形規(guī)律，為其抗震性能設計和評估提供理論依據(jù)。

1 計算模型

本文選用中國鐵塔股份有限公司標準圖集[2]中的50m高三管塔作為算例，假設分析場地為Ⅱ類場地，結構設防烈度取為8度，地震分組為第二組。采用大型有限元軟件ABAQUS建模分析計算，鐵塔結構采用BEAM單元模擬要比Truss單元模擬更好[3]，故本文模型中豎向支撐、斜材以及板材均采用BEAM單元。材料本構采用雙折線本構模型，采用Q235型鋼，鋼材屈服強度取為235Mpa，鐵塔底部按固結考慮，塔頂天線及平臺自重按集中荷載加在相應位置，50m高三管塔有限元模型如圖1所示。

2 屈曲分析

對于鋼結構鐵塔來說，受壓支撐構件一般在其達到極限承載力之前整體結構就會喪失穩(wěn)定性[4]，所以對于鐵塔這種高聳結構來說，失穩(wěn)破壞即為最主要的破壞形式，壓桿的整體失穩(wěn)形式主要有彎曲、扭轉和彎扭。在地震和風荷載作用下，結構同時承受水平力和豎向荷載，表現(xiàn)為彎曲破壞。高聳鐵塔屬于大變形小應變結構，其初始缺陷和初始彎曲不能忽略，本文利用ABAQUS中Buckle分析步對結構進行屈曲分析，得到50m三管塔前3階屈曲變形如圖2所示。

圖2 三管塔屈曲變形模態(tài)圖

3 結論與建議

通過ABAQUS屈曲分析（Buckle分析步）結果可知，50m高三管塔在自身重力和地震力作用下，結構的基本模態(tài)（前兩階）均屬于整體彎曲失穩(wěn)；第三階屈曲變形模態(tài)屬于扭轉變形，在此類屈曲變形情況下，結構將發(fā)生彎扭失穩(wěn)。明確了結構的屈曲失穩(wěn)破壞模式，在結構設計過程中，就應相應的加強薄弱部位，尤其是避免彎扭失穩(wěn)破壞模式的發(fā)生，對提高通信鐵塔的抗震能力具有重要意義。

圖1 三管塔有限元模型

[1]謝甫哲,舒贛平. 單管通信塔非線性分析與研究[C]. 第五屆全國現(xiàn)代結構工程學術研討會論文集.廣州,2005:1385-1393

[2]中國鐵塔股份有限公司. 通信鐵塔標準圖集[S]. 2015.

[3]Phill-Seung Lee, Ghyslaine Mcclure. Elastoplastic large deformation analysis of a lattice steel tower structure and comparison with full-scale tests [J]. Journal of Constructional Steel Research, 2007, 63:709-717.

[4]王炳宇.鋼結構的失穩(wěn)分析及穩(wěn)定性設計探討[J].門窗,2012,5:93-94