【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及输电铁塔，具体而言，涉及一种基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法。
技术介绍
1、角钢塔因单个构件轻，易于制造、运输和安装，成为输电线路最常用的铁塔形式。角钢塔组成构件较多，尤其是对500kv及以上线路，一个铁塔构件多达上千余根，构件之间主要通过螺栓进行连接，除地脚螺栓、法兰螺栓和挂点螺栓外，大部分螺栓主要承受剪切荷载作用。为确保顺利安装，角钢塔常用的m16、m20和m24普通螺栓螺孔直径一般均要求为螺栓名义直径加1.5mm。由于国内加工精度的影响，实测螺栓与螺孔之间的间隙一般大于1.5mm。由于角钢塔螺栓主要受剪，这种构造特点决定了当剪切力大于连接构件之间的摩擦力后，螺栓连接的构件之间会发生滑移。
2、现行的铁塔通用设计软件计算分析时采用空间桁架模型或梁桁模型，未考虑螺栓滑移对铁塔变形和受力的影响。由于螺栓滑移，铁塔整体变形实测值远大于软件计算分析值，杆件内力也会与计算值有较大差异。
3、根据《电力工程设计手册》，平面桁架的螺栓滑移、结构受力变形基于虚功原理按下式计算。但部分学者通过分析发现，下式只考虑了螺栓孔隙影响，但未考虑孔壁变形、预紧力等因素影响，无法准确计算三维空间结构的变形，与真型试验结果差异大。
4、
5、式中，δ为变形值，δp为受力变形值，δ为螺栓滑移值，，为所求变形方向单位力作用下各杆件虚内力，np为荷载p作用下各杆件内力，l为各杆件长度，e为弹性模量，a为各杆件横截面积，n为每一根杆件的连接点数，e为螺栓孔径与螺栓直径的差值，一般为1.5-2.0mm
6、针对螺栓滑移理论问题，国内外学者已进行了一系列相关研究，提出了考虑螺栓滑移指数模型和多项式模型。基于螺栓滑移指数模型和多项式模型，部分学者借助ansys、abaqus等有限元软件结合弹簧单元等进行建模分析，在进行真型试验铁塔变形分析中取得了不错的效果。这种计算方法需在有限元软件中进行杆件刚度或节点处理，由于输电杆塔杆件较多，结构复杂，效率较低，多用于进行真型试验的实测位移对比分析。
7、可见，现有的基于有限元软件分析的铁塔位移计算方法模型处理复杂，效率较低，多用于与真型试验对比分析研究，尚不能在铁塔设计阶段推广应用，以优化结构设计方法和变形性能，提高杆塔结构安全可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术旨在提供一种基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法，以解决现有的基于有限元软件分析的铁塔位移计算方法模型处理复杂，效率较低的问题。
2、本专利技术是采用以下的技术方案实现的：
3、本专利技术提供一种基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法，包括以下步骤：
4、s1：建立输电铁塔模型，输电铁塔的各杆件单独进行建模；
5、s2：假设输电铁塔组装完成后，初始螺栓滑移量为0；
6、s3：在输电铁塔模型中施加荷载，计算各杆件轴力；
7、s4：在输电铁塔模型中，在预求节点预求方向上施加单位力，计算各杆件虚内力；
8、s5：计算总体杆件弹性变形值；
9、s6：进行杆件类别和杆件端头连接点数识别；
10、s7：选取螺栓滑移模型；
11、s8：计算总体螺栓滑移变形值；
12、s9：计算输电铁塔预求节点预求方向上的总位移，总位移为总体弹性变形值和总体螺栓滑移变形值之和。
13、作为优选的技术方案：
14、步骤s1具体包括：
15、在铁塔通用设计软件中对每个杆件逐一建立空间桁架或梁桁模型。
16、作为优选的技术方案：
17、铁塔通用设计软件包括道亨铁塔满应力分析软件、smarttower铁塔设计软件。
18、作为优选的技术方案：
19、步骤s3中，采用铁塔通用设计软件中的求解器计算各杆件轴力。
20、作为优选的技术方案：
21、步骤s4中，采用铁塔通用设计软件中的求解器计算各杆件虚内力。
22、作为优选的技术方案：
23、步骤s5中，总体杆件弹性变形值采用铁塔通用设计软件计算得出，或者根据虚功原理通过下式计算得到：
24、
25、式中，δp为预求节点预求方向上总体杆件弹性变形值，为在预求节点预求方向上单位力作用下各杆件虚内力，np为荷载p作用下各杆件轴力，l为各杆件长度，e为弹性模量，a为各杆件横截面积。
26、作为优选的技术方案：
27、步骤s6具体包括：将杆件进行分类，并根据杆件类别确定杆件端头连接点数。
28、作为优选的技术方案：
29、步骤s7中，螺栓滑移模型采用ungkurapinan多项式模型。
30、作为优选的技术方案：
31、步骤s8中，总体螺栓滑移变形值根据虚功原理按下式计算：
32、
33、式中，δ为总体螺栓滑移变形值，分为两部分：δ和∑δc，其中，δ为本工况相对于加载前的螺栓滑移相对值，∑δc为本工况加载前的螺栓滑移残余值，为在预求节点预求方向上单位力作用下各杆件虚内力，n为各杆件端头连接点数；δs为杆件接头在荷载p作用下螺栓滑移值，δs采用指数模型或多项式模型进行计算。
34、对于控制工况(可使70％以上杆件螺栓产生滑移的工况)可不考虑螺栓滑移残余值，非控制工况，需要考虑前序荷载的螺栓滑移残余值。
35、作为优选的技术方案：
36、步骤s2具体包括：假定输电铁塔组装后，各节点螺栓未产生滑移，螺栓处于螺孔中心，初始螺栓滑移量为0。
37、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
38、本专利技术基于虚功原理，考虑加载时程影响，将铁塔变形分解为杆件弹性变形值、螺栓滑移残余值和螺栓滑移相对值三部分分别计算，通过考虑螺栓滑移，修正了铁塔变形计算公式，结合铁塔通用设计软件内力计算结果，可快速计算考虑了螺栓滑移后铁塔的各节点各方向的变形，并进行变形影响因素分析，为铁塔设计和优化提供参考。经修正螺栓滑移公式后，计算值与实测值较为接近，与实测值对比，不同工况下计算位移与试验位移差异可控制在10％以内，为真型试验数据分析和铁塔优化设计提供依据；克服了现有技术模型处理复杂，效率低下的问题，可快速识别位移影响因素，以便在铁塔设计时分析和控制变形，进一步提高铁塔结构的安全可靠性。
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1.一种基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法，其特征在于：
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【技术特征摘要】
1.一种基于虚功原理的输电铁塔位移计算方法，其特征在于：
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【专利技术属性】
技术研发人员：廖邢军，何松洋，蒲凡，刘洪昌，何文俊，李力，黄兴，刘翔云，韩大刚，李育兵，李钟，龚涛，王梦杰，李磊，向越，余国庆，邓儒杰，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团西南电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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