王永銳

(連云港中等專業(yè)學(xué)校，江蘇連云港 222000)

1 工程概況

我國對煤炭的需求在不斷日益劇增，煤炭作為我國主要能源的格局在未來幾十年內(nèi)是不會發(fā)生改變的，這就造成了我國對煤炭開采的加劇，煤炭的過度開采就會造成大片的采空區(qū)。地下煤炭開采后，地表變形是一個復(fù)雜的動態(tài)變形過程，輸電鐵塔在地表移動過程中所處的不同位置，對輸電鐵塔的內(nèi)力和變形影響很大。因此，研究動態(tài)地表變形對輸電鐵塔內(nèi)力和變形的影響規(guī)律，對塌陷區(qū)輸電鐵塔的建設(shè)和安全性評估具有重要的意義。以山西某礦開采后留下的采空區(qū)上方的一輸電塔為例來進行分析，得到輸電塔在地表變形下內(nèi)力及變形的變化。下沉曲線見圖1，地表已經(jīng)產(chǎn)生沉陷及水平變形，具體情況見圖2。用有限元軟件ANSYS對輸電塔在地表變形下的受力進行數(shù)值模擬，可以為處于塌陷區(qū)任意位置的輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計和安全性評估提供理論依據(jù)。

圖1 下沉曲線（2010年）

圖2 地表變形

2 模型建立與計算分析

2．1 模型的建立

以開采路線的某一段開采區(qū)的輸電塔為計算實例建立模型，呼高21 m，總高度為21．3 m，根開3．73 m，直線跨越塔由各種等邊角鋼組成，塔腿部主材截面為Q345等邊角鋼，型號為∠200×14。將輸電鐵塔桿件的中心軸線交點連接處作為模型節(jié)點，兩節(jié)點間的角鋼簡化為模型單元，采用ANSYS程序進行數(shù)值分析，運用自底向上的建模方式，建立模型時各桿件都用Beam188單元，建立的ANSYS模型及節(jié)點編號見圖3。

2．2 變形工況

主要分析輸電塔在三種最不利工況下的附加內(nèi)力及位移，具體工況如下:

工況一:輸電塔僅在支座B發(fā)生最大下沉2．5 m;工況二:輸電塔在支座B及支座D發(fā)生最大下沉2．5m;工況三:輸電塔在支座A、支座B及支座D發(fā)生最大下沉2．5 m。

2．3 計算分析

計算基于以下假設(shè):1)輸電鐵塔基礎(chǔ)不發(fā)生破壞或者較大的變形，即地表變形直接通過輸電鐵塔基礎(chǔ)作用于輸電鐵塔支座上;2)在沉陷變形過程中，節(jié)點不會先于桿件發(fā)生破壞;3)采煤方向與x軸或者y軸平行，不考慮成角度的情況，即輸電鐵塔的兩側(cè)基礎(chǔ)位移分別相同。

由于本結(jié)構(gòu)桿件較多，節(jié)點號也比較多，所以選取了比較重要的幾根桿件以及幾個節(jié)點來進行分析。具體的節(jié)點號及桿件號見圖3與圖4。

圖3 輸電塔模型及節(jié)點編號

圖4 桿件編號

表1 各工況下桿件軸力 kN

從表1可以發(fā)現(xiàn)，在工況一情況下各桿件的軸力值較其他工況下最大，最大值達到604 kN，當(dāng)多個支座都發(fā)生豎向位移時，桿件的軸力有所減小;輸電鐵塔底部桿件的軸力變化較上部桿件變化幅度大，隨著高度增加，其軸力變化值越來越小;橫擔(dān)桿的軸力受豎向位移影響較小。

表2 各工況下各節(jié)點的位移 mm

從表2可以發(fā)現(xiàn)，在各種工況下節(jié)點位移主要發(fā)生在X與Z方向上，Y方向的位移變化不大，輸電塔在支座發(fā)生豎向位移時，底部節(jié)點X方向與Z方向的位移受支座豎向位移的影響遠小于頂部節(jié)點受支座豎向位移的影響。橫擔(dān)桿上各節(jié)點的豎向位移基本相等。

3 結(jié)語

1)在工況一情況下各桿件的軸力值最大，最大值達到604 kN，當(dāng)多個支座發(fā)生豎向位移時，桿件的軸力有所下降。輸電鐵塔底部桿件的軸力變化較上部桿件變化幅度大，隨著高度增加，其軸力變化值越來越小。2)在各種工況下節(jié)點位移主要發(fā)生在X與Z方向上，Y方向的位移變化不大，輸電塔在支座發(fā)生豎向位移時，底部節(jié)點X方向與Z方向的位移受支座豎向位移的影響遠小于頂部節(jié)點受支座豎向位移的影響。3)橫擔(dān)桿上各節(jié)點的豎向位移基本相等，橫擔(dān)桿的軸力受豎向位移影響較小。

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