一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法技术

本发明专利技术提供一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，包括：1)输入参数值，所述参数值包括：构件底径、构件顶径、构件高、基本风压、体型系数、地面粗糙度与欲求内力截面距构件底部的高度；2)根据输入的参数值计算圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载；3)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载计算附加面积风荷载；4)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载计算杆身单位长度风荷载；5)利用积分方法根据输入的参数值计算由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力；6)根据杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力和附加面积风荷载计算圆形变截面悬臂构件内力。

【技术实现步骤摘要】
一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法
本专利技术涉及悬臂构件
，具体是一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法。
技术介绍
圆形变截面悬臂构件常用作于路灯杆、电力塔、风力发电塔、通信塔等高耸结构中，其结构特点是截面通常为圆形截面、构件底部外径至顶部外径通常成线性减小、杆身的中上部通常有附属设备(贡献附加风荷载)、其设计时主要由风荷载控制。目前此类构件在风荷载作用下的内力计算方法主要是通过有限元软件计算。有限元分析计算原理是将圆形变截面悬臂构件离散化一系列连接的单元，对每个单元提出一个近似解，再将所有单元按标准方法组合成一个与原有系统近似的系统。此类高耸结构同时作为一种悬臂构件，其结构形式简单，使用大型通用有限元软件对圆形变截面悬臂构件内力进行计算，其缺点是：计算过程封闭，不便错误排查；计算步骤冗长，不便理解学习。以往圆形变截面悬臂构件的内力计算与强度分析都需借助有限元软件进行，这种情况下对于人员素质要求较高，并且其分析过程不透明，不便于检查与学习。
技术实现思路
针对
技术介绍
提出的问题，本申请提出一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，本专利技术极大的提升了圆形变截面悬臂构件内力计算的效率。本专利技术的技术方案如下：一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，包括：1)输入参数值，所述参数值包括：构件底径D0、构件顶径DH、构件高H、基本风压w0、体型系数μs、地面粗糙度ζ1、附加面积Ai、附加面积距构件底板高度xi与欲求内力截面距构件底部的高度x；>2)根据输入的参数值计算圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk；3)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk计算附加面积风荷载Fi；4)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk计算杆身单位长度风荷载q(x)；5)利用积分方法根据输入的参数值计算由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力；6)根据杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力和附加面积风荷载Fi计算圆形变截面悬臂构件内力。进一步地，所述圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk的解析公式根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)推导。进一步地，所述圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk的解析公式推导过程：式中：θ1、θ2、I10、kw、k、a1是与地面粗糙度有关的常数。wk——风荷载标准值；βz——高度z处的风振系数；μs——风荷载体型系数；μz——凤压高度变化系数；w0——基本风压；η——μz的修正系数；H0——基准点标高；g——峰值因子，为常量，g＝2.5；R——脉动风荷载的共振分量因子；Bz——脉动风荷载的背景分量因子。φ1——结构第1阶振型系数；H——构件高；ρx——脉动风荷载水平方向相关系数，对圆形变截面悬臂构件近似取1.0；ρz——脉动风荷载竖直方向相关系数；ζ1——结构阻尼比，对圆形变截面钢悬臂构件可取0.01；x1——参数f1——结构第1阶自振频率；x——计算截面距离构件底部的高度；D0——构件底部截面直径；DH——构件顶部截面直径；Dx——x处构件截面直径。进一步地，所述圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk的解析公式如下：进一步地，Fi的解析公式：进一步地，q(x)的解析公式：进一步地，所述由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力包括由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件剪力和弯矩，所述圆形变截面悬臂构件内力包括圆形变截面悬臂构件剪力和弯矩。进一步地，所述由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力利用MATLAB软件进行积分计算。进一步地，所述由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件剪力：所述由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件弯矩：进一步地，所述圆形变截面悬臂构件剪力：V(x)＝Vg(x)+ΣFi；所述圆形变截面悬臂构件弯矩M(x)＝Mg(x)+ΣFi*xi。本专利技术主要优点包括：(1)通过直接积分方式得到圆形变截面悬臂构件内力解析计算公式的计算方法，获取内力解析计算公式，因为采用了利用积分方法，克服了需要借助有限元分析软件进行圆形变截面悬臂构件内力计算的问题，圆形变截面悬臂构件内力计算的效率获得极大提升。(2)同时积分方法舍去了若干中间变量，减少了若干输入参数，使得圆形变截面悬臂构件内力计算过程检查十分方便。附图说明图1圆形变截面悬臂构件的风荷载作用下的示意图；图2一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法计算流程图；具体实施方式下面结合附图，对本专利技术作进一步的说明，以便于本领域技术人员理解本专利技术。本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变；本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；本说明书所描述的技术方案在于实现专利技术目的，未详述的部分为采用现有技术实现。一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，所述圆形变截面悬臂构件风载下内力计算参数如附图1所示，其计算步骤如附图2所示，具体步骤包括：1)根据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)，导出圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk的解析公式；2)导出附加面积风荷载Fi的解析公式；3)导出杆身单位长度风荷载q(x)的解析公式；4)导出圆形变截面悬臂构件内力的解析公式。其中：1.wk的解析公式：1)wk的解析公式如下：2)wk的解析公式推导过程：式中：θ1、θ2、I10、kw、k、a1是与地面粗糙度有关的常数。wk——风荷载标准值；βz——高度z处的风振系数；μs——风荷载体型系数；μz——凤压高度变化系数；w0——基本风压；η——μz的修正系数；H0——基准点标高；g——峰值因子，为常量，g＝2.5；R——脉动风荷载的共振分量因子；Bz——脉动风荷载的背景分量因子。φ1——结构第1阶振型系数；H——构件高；ρx——脉动风荷载水平方向相关系数，对圆形变截面悬臂构件近似取1.0；ρz——脉动风荷载竖直方向相关系数；ζ1——结构阻尼比，对圆形变截面钢悬臂构件可取0.01；x1——参数f1——结构第1阶自振频率；x——计算截面距离构件底部的高度；D0——构件底部截面直径本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，其特征在于，包括：/n1)输入参数值，所述参数值包括：构件底径、构件顶径、构件高、基本风压、体型系数、地面粗糙度、附加面积、附加面积距构件底板高度与欲求内力截面距构件底部的高度；/n2)根据输入的参数值计算圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载；/n3)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载计算附加面积风荷载；/n4)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载计算杆身单位长度风荷载；/n5)利用积分方法根据输入的参数值计算由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力；/n6)根据杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力和附加面积风荷载计算圆形变截面悬臂构件内力。/n

【技术特征摘要】
1.一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，其特征在于，包括：
1)输入参数值，所述参数值包括：构件底径、构件顶径、构件高、基本风压、体型系数、地面粗糙度、附加面积、附加面积距构件底板高度与欲求内力截面距构件底部的高度；
2)根据输入的参数值计算圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载；
3)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载计算附加面积风荷载；
4)根据输入的参数值和圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载计算杆身单位长度风荷载；
5)利用积分方法根据输入的参数值计算由杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力；
6)根据杆身风荷载部分产生的圆形变截面悬臂构件内力和附加面积风荷载计算圆形变截面悬臂构件内力。


2.根据权利要求1所述一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，其特征在于，所述圆形变截面悬臂构件的单位面积风荷载wk的解析公式如下：





3.根据权利要求1所述一种圆形变截面悬臂构件风载下内力计算方法，其特征在于，所述附加面积风荷载Fi的解析公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，
申请(专利权)人：东方农道建筑规划设计有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43