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铁塔 [复制链接]

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发表于 2015-12-21 10:10:33 |只看该作者 |倒序浏览

4m美化方柱风荷承载能力分析

1分析内容

本文以4m加罩美化外罩组装件为研究对象，对方柱美化外罩在设计极限使用环境条件下的可靠性进行分析，包括极限风载荷下的有限元强度分析及与地面连接用螺栓的强度校核。

产品安装在楼面，距离地面高度不大于30m，地面粗造度类型为B型或C型；极限基本风压0.8kN/m2(12级飓风工况下)。

2 方柱主体有限元分析

2.1 方柱主体的有限元模型

方柱底座用8个M12*110mm膨胀螺栓与楼面固定，下外罩与上外罩套接，上外罩与装饰顶套接，分别通过8个M8*25螺钉固定。结构见图2-1，有限元网络图见图2-2，材料属性见表2-1：

2-1 方柱模型图图2-2 方柱有限元网络图

表2-1 材料类型及参数表

结构名称	材料名称	质量密度(Kg/m3)	弹性模量(Pa)	泊松比	应力极限MPa
底座	热轧钢Q235	7800	2.1E+11	0.28	235
下外罩	玻璃钢	1800	2.5E+10	0.3	50
上外罩	玻璃钢	1800	2.5E+10	0.3	50
装饰顶	玻璃钢	1800	2.5E+10	0.3	50

2.2 约束与载荷

1. 载荷确定：

计算围护结构时，垂直于建筑表面的风载荷标准值，按下述公式计算：

<v:shape id=_x0000_i1028 style="HEIGHT: 16.5pt; WIDTH: 94.5pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12蠅k=尾gZ渭</m:rPw:rFonSts w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/>s渭m:t>Z蠅0t'>

式中：

<v:shape id=_x0000_i1029 style="HEIGHT: 12pt; WIDTH: 7.5pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12 尾gZ鈥?楂樺害Z澶:vai勭殑闃甸绯绘暟></iont wxm:rPra 澶:vai>'>

由以上计算得：

表2-2 风载荷

系数	B级地面	C级地面
<v:shape id=_x0000_i1030 style="HEIGHT: 16.5pt; WIDTH: 18.75pt" type="#_x0000_t75" equationxml=' 12尾gZ'>	1.64	1.83
<v:shape id=_x0000_i1031 style="HEIGHT: 14.25pt; WIDTH: 12.75pt" type="#_x0000_t75" equationxml=' 12渭s'>	1.3	1.3
<v:shape id=_x0000_i1032 style="HEIGHT: 14.25pt; WIDTH: 13.5pt" type="#_x0000_t75" equationxml=' 12渭Z'>	1.42	1.00
<v:shape id=_x0000_i1033 style="HEIGHT: 14.25pt; WIDTH: 17.25pt" type="#_x0000_t75" equationxml=' 12蠅0'>	0.8	0.8
<v:shape id=_x0000_i1034 style="HEIGHT: 14.25pt; WIDTH: 15pt" type="#_x0000_t75" equationxml=' 12蠅k'>	2.42	1.9
最大风压<v:shape id=_x0000_i1036 style="HEIGHT: 27pt; WIDTH: 34.5pt" type="#_x0000_t75" equationxml=' 12锛?kN/m2锛?1440" w:righ'>	2.42

在极限工作条件下在天线外罩上加载面力2420N/m2，如图2-3中红色网格所示，对底座底面进行约束，如图2-3所示。

2.3 分析结果与可靠性计算

经完成以上准备工作后进行仿真分析，分析结果如下各图所示:

图2-4 整体结构位移云图 图2-5整体结构应力云图

结果： 整体最大位移10mm 结果： 整体最大应力69.3MPa

图2-6 外罩应力云图 图2-7底座应力云图

结果： 整体最大位移19.7MPa 结果： 整体最大应力69.3MPa

1. 玻璃钢外罩产生的最大应力为19.7MPa，最大位移为10mm，安全系数为2.54。

<v:shape id=_x0000_i1042 style="HEIGHT: 31.5pt; WIDTH: 138pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12n=蟽"/>Pr>b蟽Max=5019.7=2.54'>

2.54>1,玻璃钢外罩足够安全。

2. 底座产生的最大应力为69.3MPa，安全系数为3.4。

<v:shape id=_x0000_i1043 style="HEIGHT: 31.5pt; WIDTH: 137.25pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12n=蟽"/>Pr>b蟽Max=23569.3=3.4'>

3.4>1,底座足够安全。

3 接地膨胀螺栓强度校核

方柱底座用8个M12*110mm膨胀螺栓与楼面固定，螺栓四面均布，布置在力学分析模型如图2-8：

图2-9 力矩平衡简图

由力矩平衡：

<v:shape id=_x0000_i1045 style="HEIGHT: 26.25pt; WIDTH: 179.25pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12F脳H/2=G脳L/2+3f脳L+2f脳L/2'>

风载<v:shape id=_x0000_i1047 style="HEIGHT: 66.75pt; WIDTH: 336.75pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12F=蠅<k脳S=2420脳4脳0.6=5808N'> , S为外罩主体迎风面积

主体自重约160kg, H=4m，L=0.646m，

计算可得作用在膨胀螺栓上的拉力<v:shape id=_x0000_i1049 style="HEIGHT: 14.25pt; WIDTH: 152.25pt" type="#_x0000_t75" equationxml='







12f=4299.34N=438.7kgf'>

M12×110螺栓锚固在75#砖砌体上的许用拉力为440kgf>438.7kgf，安全。

锚固在150#混凝土上的需用拉力为1060公斤力，

安全系数n=1060/438.7=2.4>1,安全。

4. 结论

综上所述，我们可以得出如下结论：

1．方柱主体的有限元分析结论

通过有限元分析可知即使在12级飓风工况下，天线主体仍然坚固可靠，结构整体的最低安全系数大于1，所以其可靠性100%安全。

2．接地膨胀螺栓强度校核结论

底座锚固在75#砖砌体上和锚固在150#混凝土上其安全系数大于1，可靠性100%安全。

总之，方柱主体满足设计要求中极限工况下的使用要求，结构安全可靠。