单管塔二阶效应对塔体弯矩和位移的影响

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[摘要]近年来，随着通信和电力行业的迅速发展，单管塔在国内外被广泛的应用。单管塔具有构造简单、外观简洁、美观大方、占地面积小、施工方便和施工周期短等优点，被用户充分的肯定和使用。从安全性和适用性角度讲，单管塔不仅要满足强度的要求，同时也要满足位移的要求，所以，有必要弄清楚单管塔二阶效应对塔体弯矩和位移的影响有多大，这样有利于我们设计人员较准确的把握二阶效应的重要程度。

[关键字]单管塔二阶效应弯矩位移

中图分类号：F407.61 文献标识码：A 文章编号：

引言

通讯和电力事业已经和人们的日常生活息息相关，是现代生活不可缺少的一部分。由于自身发展的需要和人们对生活质量要求的逐渐提高，各地兴建了非常多的通信和电力塔等以满足各种不同功能的需要，塔的形式也从传统的空间杆系结构向多种形式的发展。目前，单管塔在通信、电力、铁路、石油、市政等行业中得到广泛应用，我们不但要弄清楚规范[1]中单管塔各种荷载的计算方法，而且也要准确把握其强度、稳定性和位移的计算理论和方法。单管塔高柔构筑物，其内力主要是弯矩，剪力和轴力相对较小，所以变形主要是弯曲变形，可以忽略剪切变形和轴向变形的影响，所以我们需要考虑由于风荷载引起的位移和塔体本身自重、附属物自重所产生的二阶弯矩和位移，即二阶效应。

单管塔二阶效应对塔体弯矩及位移的影响

规范[1]3.1.10中明确指出：“注2，对塔身进行非线性承载能力极限状态验算，并将塔脚处非线性作用传给基础进行验算”。显然，规范要求在计算塔体弯矩时，需要同时考虑由荷载引起的一阶弯矩和由塔体自重、附属物自重产生的二阶弯矩。通常，我们设计时会采用一个放大系数来总体把握二阶效应的影响，没有一个准确的值，仅仅是一个经验值，其不够严谨。下面我们来讨论二阶弯矩的特性。

例1、50m普通单管塔，顶部直径0.6m，锥度为0.0125，分为五段，每段10m，壁厚从顶部到底部依次为6mm、8mm、8mm、10mm、12mm；基本风压为0.45Kpa，材料为Q345B，二层3.0m平台，第一层平台离塔顶2.0m，平台间距为6.0，每层平台挂6付天线，每付投影面积为0.7m2。位移及考虑二阶效应的位移放大系数如图3、4所示，从图3可知，考虑二阶效应后塔顶总位移为1340mm，大于规范允许的最大允许值1250mm（1/40H）；但若仅考虑一阶位移，其塔顶位移值为1340/1.08=1241mm，满足规范的要求；从这里可知，我们在验算位移时，有必要考虑二阶位移效应的影响。从图2可知，二阶弯矩放大系数顶部较大，底部较小，但由于顶部材料强度利用率不高，所以，我们只需要关心底部放大系数的数值，根据底部放大系数的数值确定弯矩放大系数。

例2、50m普通单管塔，顶部直径0.6m，锥度为0.0125，分为五段，每段10m，壁厚从顶部到底部依次为6mm、6mm、6mm、8mm、8mm；基本风压为0.45Kpa，材料为Q345B，二层3.0m平台，第一层平台离塔顶2.0m，平台间距为6.0，每层平台挂6付天线，每付投影面积为0.7m2。图2与图6、图4与图8对比可知，二阶弯矩放大系数K1和二阶位移放大系数K2随塔位移增大而增大，其并非为一个固定值。

结束语

1、在规范[1]中指明在验算塔体强度时，需要考虑二阶效应的影响，但没有明确指定二阶效应弯矩放大系数值；在塔顶部一阶最大位移满足规范规定时，建议弯矩放大系数K1采用1.05。

1、在规范[1][3][3]中没有指明在验算塔移时，需要考虑二阶效应的影响，但事实证明，二阶效应产生的位移并不可以忽略不计；在塔顶部一阶最大位移满足规范规定时，建议位移放大系数K2采用1.10。

参考文献

[1]国家标准.高耸结构设计规范GB 50135-2006.北京：中国计划出版社，2006

[2]国家标准.建筑结构荷载规范GB 50009-2001. 北京：中国建筑工业出版社，2001

[3]行业标准.钢结构单管通信塔技术规程CECS 236 ：2008. 北京：中国计划出版社，2008

[4]行业标准.移动通信工程钢塔桅结构设计规范YD/T 5131-2005. 北京：北京邮电大学出版社，2006