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特种结构输电塔模型计算书小组成员：王宇谈佳伟马思遥一、设计说明《特种结构》课程系列实践环节I——结构模型设计制作及加载竞赛模型为一个自立式输电塔模型。
模型的加载分为静加载和动加载两部分。
静荷载包括竖向加载和侧向加载，以模型的荷重比来体现模型结构的合理性和材料利用效率。
动加载为瞬间卸去侧向重物，以模拟导线断线荷载，模型将受到一定的水平冲击荷载。
其中，制作材料由主办方提供，模型将采用木质材料制作结构构件，即主受力支承骨架结构；同时还有502胶水用于构件之间的连接、模型与底板的连接，以及现场铁块固定需要的热熔胶。
竞赛目的是为了在全面满足竞赛要求的前提下，。
赛题对参赛队员的力学分析能力、结构设计和计算能力、现场制作能力提出了较高要求。
通过自立式输电塔结构模型的设计和制作，学生进一步加深在《特种结构》课程中关于输电塔结构设计分析的理解和认识，使学生在结构知识运用能力、创新能力、动手能力、团队协作精神等方面得到全面提升。
二、结构选型根据基本竞赛规则，结构不仅承担竖向静荷载（即铁块质量），而且需承受一定量级的动力水平荷载，在重物作用和水平动力作用两种情况下具有足够的刚度，且在最大的动力加速度不发生破坏，因此设计作品应该使结构效率最大化，即用最少的材料消耗实现结构强度和刚度的最大化。
对于结构形式及造型而言，此次结构设计竞赛规定至少包括一个自立式输电塔的基本骨架，限制了结构的高度、底层尺寸和横担设置高度的范围，横担外轮廓不得超出图示“横担界限”，规避区内不得出现任何构件。
从竞赛要求给定的平面尺寸来看，我们认为采用空间刚架结构是较理想的选择。
空间刚架具有大空间的建筑功能优势，同时在视觉上，我们也希望以尽量少的杆件形成较强大的空间结构，并通过设计等截面柱形成塔形结构来减小杆件的截面尺寸，其中充分考虑到P-⊿效应。
我们在结构选型过程中分别从结构体系及结构外形两方面进行了分析。
在结构体系的选取方面，由于刚架体系的竖向刚度较大，能承受较大的弯矩作用，且传力最为直接、高效，非常适用于较高建筑结构。
探讨高压输电线路铁塔结构设计摘要：本文首先概述了高压输电线路铁塔和高压输电线路铁塔结构设计方法，然后分析了高压输电线路铁塔结构设计的基本原则，最后探讨了高压输电线路铁塔结构设计的要点。
关键词：高压输电线路；铁塔；结构设计；基本原则；要点1高压输电线路铁塔概述随着我国经济建设的高速发展，高压输电线路已成为远距离电力输送的主要渠道，也是经济建设的重要命脉。
铁塔作为高压输电线路的一项重要组成部分。
其功能主要是用来支持导线、避雷线以及其它附件，使导线、避雷线保持一定的安全距离，并使导线对地面、交叉跨越物或其它建筑物保持允许的安全距离。
铁塔承受的载荷主要包括：导线自重、风载、覆冰等的作用以及年平均气温的影响。
而且在一定的风力作用下，导线会发生稳定的风致微幅振动，从而激励塔身振动，严重时会引起铁塔破坏。
在这些载荷条件下，铁塔都应该保证有足够强度而不致被破坏。
另外，对于一些特殊的工作条件，比如导线断裂，此时铁塔是否具有足够的强度来防止由于断线引起更进一步的严重破坏也是考核铁塔性能的一个重要指标。
随着输电电压等级的提高，铁塔的体积越来越庞大，重量也越来越重。
目前我国己经有很多地方建成500kV的输电网，并且电压等级还在进一步提高，多回路、多分裂导线铁塔以及山区、过江等大跨越巨型铁塔的使用进一步提高了对输电铁塔的要求。
按照铁塔在线路中的位置和作用不同，可以分为直线塔（Z）、跨越塔（K）、耐张塔（N）、转角塔(J)、终端塔（D）、换位塔（H)和变电构架等。
按照铁塔结构、形状、特点来分，常见的有酒杯型铁塔(B)、猫头型铁塔(M)、干字形铁塔(G)、丰子型铁塔(F)等。
按材料来分，有角钢钢板螺栓铁塔和钢管焊接螺栓铁塔等。
在我国，大多数采用角钢钢板螺栓铁塔，其构造主要采用角钢、钢板等部件制作，用螺栓联接组合而成，局部采用少量焊接件，基础座板采用电焊焊接。
塔上部件一般都采用热浸镀锌防腐。
总体结构上，自立式角钢塔的主体结构为构架型，主要有如下几个特点：(1)铁塔的主材通常采用较大型号的角钢，并且主材通常不打断，而只在联接处打螺栓孔用螺栓或者联接板联接。
输电线路杆塔矢量模型的定义一、引言输电线路是将电能从发电厂送至用户的重要设施，而杆塔则是输电线路中起到支撑和导向作用的重要构件。
为了更好地对输电线路杆塔进行设计、分析和评估，就需要建立杆塔的矢量模型。
本文将对输电线路杆塔矢量模型的定义进行详细阐述。
二、输电线路杆塔矢量模型的定义输电线路杆塔矢量模型是指将杆塔的几何形状、物理属性以及与其他杆塔之间的连接关系等信息用矢量形式进行描述的模型。
它可以通过数学方法和计算机技术进行建模和分析，以实现对杆塔结构的精确描述和仿真分析。
具体而言，输电线路杆塔矢量模型包括以下几个方面的信息：1. 杆塔几何形状：包括杆塔的高度、宽度、厚度等几何尺寸参数。
这些参数可以用来描述杆塔的外观形状，以及对于风载、荷载等外部力的响应情况。
2. 杆塔材料属性：包括杆塔的材料类型、材料的强度、刚度等物理特性。
这些参数可以用来描述杆塔的力学性能，以及对于外部载荷的响应能力。
3. 杆塔连接方式：包括杆塔与基础的连接方式、杆塔与导线的连接方式等。
这些参数可以用来描述杆塔与其他构件之间的连接关系，以及对于外部载荷的传递和分配情况。
在建立输电线路杆塔矢量模型时，可以采用三维几何模型、有限元模型等方法。
其中，三维几何模型可以直观地表示杆塔的几何形状，有限元模型可以更加准确地描述杆塔的力学性能。
通过将这些模型与计算机技术相结合，可以实现对杆塔的多方面分析，如结构强度、抗风性能、振动特性等。
三、输电线路杆塔矢量模型的应用输电线路杆塔矢量模型的建立对于输电线路的设计和运行具有重要意义。
它可以用于以下几个方面的应用：1. 杆塔设计和评估：通过建立杆塔矢量模型，可以对杆塔的结构强度和稳定性进行分析和评估，以确保杆塔在各种外部载荷作用下的安全可靠性。
2. 杆塔优化设计：通过对杆塔矢量模型进行参数化分析和优化设计，可以提高杆塔的抗风性能、减轻杆塔的重量、降低杆塔的成本等。
3. 杆塔振动特性分析：通过对杆塔矢量模型进行模态分析和频率响应分析，可以预测杆塔的振动特性，为杆塔的设计和抗振措施提供依据。
图3山字型结构图2Y字型框架结构山地输电塔模型设计选型与优化包淑珉，史佳遥，赖韬，邓洪永，张昊（南京工业大学土木工程学院，江苏南京211816）一、引言创新是民族进步的灵魂，是一个国家兴旺发达的不竭源泉。
全国大学生结构设计竞赛是土木工程学科创新性和实践性最高水平学科竞赛，被誉为土木皇冠上最“璀璨的明珠”。
自2005年浙江大学成功举办第一届全国大学生结构设计竞赛以来，至今已成功举办十三届。
该赛事创新的主旨十分契合大众创业、万众创新的号召，为广大青年学生搭建了一个展现其创新意识、合作精神和工程实践能力的平台。
本届赛题要求参赛队员针对静载以及荷载随机选位等多种工况下的山地输电塔结构进行结构选型、结构优化、模型制作及试验，并现场抽签决定三级加载工况，检验模型承受弯剪扭组合作用下的受力性能。
二、赛题简述本届大赛以“山地输电塔模型设计与制作”为主题，聚焦西部大开发和“一带一路”倡议，关注各地区能源分布不均衡，服务区域发展需求，具有鲜明的时代特点与国情特色。
赛题首次将材料利用率和制作时间计入评分标准项，同时，加载工况现场抽签决定，所以本届赛题更加凸显对实际问题的综合性考查。
竞赛赛题要求参赛队员以竹皮和竹条为原材料，在规定的16小时内设计并制作一个山地输电塔模型，模型须设置2个“低挂点”、1个“高挂点”（兼水平加载点），通过砝码进行加载，考验模型在弯剪扭组合作用下的受力性能。
加载工况随机抽取，且分三级加载，最大加载质量为46kg。
三、结构选型1.桅杆型结构。
桅杆型结构模型以三角形为基本构型，塔身为两端收缩成锥体的空间梭形格构柱，并采用拉杆将塔身和塔臂分别与底板相连，以保证结构的整体稳定性（如图1所示）。
将支座设为铰接，将荷载带来的弯矩与扭矩转化为杆件内部的拉力与压力，使结构受力合理并发挥每根拉杆的作用。
整个结构能够使荷载以最短的传力路径传到底板，在保证承载力的同时能够极大地减轻自重，达到轻质高强的目标。
浙江大学、浙江工业大学等参赛队均采用该种结构形式，并获得了一等奖。
输电线路铁塔基础结构设计分析摘要：基础是构成输电线路体系重要内容之一，基础设计的优劣关系整条线路的安全运行，一旦某个铁塔基础出现塌陷、滑坡、拔出等安全事故，整条线路运行将面临瘫痪。
针对不同的基础负荷，设计阶段必须保证基础设计安全可靠，同时，充分考虑环境保护理念，做到经济与环保，最大程度降低施工对环境的危害，实现其综合效益最大化。
在逐渐加大电网建设与改造力度背景下，城镇化建设一定程度上限制了线路路径走向，往往输电线路路径均具有以下特点：路径长度长、跨行政区域多、地形地势复杂多变。
想要使工程造价、施工难度有所下降，同时保护环境，有必要将合理的基础形式选择出来。
关键词：输电线路；铁塔结构；基础设计；引言桩基础承载能力高、沉降变形小、稳定性好，能适应各种复杂工程地质条件，是输电线路铁塔常用的基础形式。
铁塔基础与常规建筑基础不同，它除了要承受竖向（抗压和抗拔）承载力还承受横向作用力，特别是大转角耐张塔及终端塔基础。
1架空输电线路铁塔基础的选型架空输电线路铁塔基础的设计，在工程指标中起着举足轻重的作用，随着我国经济的发展，对环境的保护的意识也越来越重视，铁塔基础设计也正朝着“资源节约型、环境友好型”的方向发展。
设计人员在设计过程中应充分考虑环境因素对基础设计的影响，要切实做到因地制宜尽量做到一塔一方案的设计理念。
通过比较，结合工程的实际情况，我们大致可按如下表选择基础型式：2架空输电线路铁塔基础结构设计的要求由于架空输电线路路径通常跨越多个行政区，需要考虑不同的地质、水文等因素，为对这些因素进行准确分析，设计前需对土壤和地下水进行采样，以提高设计的准确性。
铁塔基础设计过程中应当考虑当地覆冰、年平均温度及有关周围压覆矿产、文物保护和自然危害等信息，设计制定应适合当地情况的设计方案，确保运行期间的稳定性。
3架空输电线路铁塔基础结构设计3.1插入角钢斜柱基础该基础型式采用铁塔主材角钢镶嵌与基础主柱的方式，基础主柱坡度与铁塔坡度保持一致。
输电塔结构模型设计内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）“大鹏展翅”输电塔结构模型设计理论方案浙江省大学生结构设计竞赛组委会二OO七年十月目录序输电塔作为这个电器的时代的支撑点，她需要耐人寻味的体态，轻盈的身躯，以及一副刚强的骨架。
一个构筑物第一时间传递给我们是视觉上的冲击，那就是外形。
自身的重量是任何物体所必须克服的，轻盈的身躯将为基础减去相当的负担。
承受再轻的重量，也必须有相应的骨架。
面对高耸的输电塔更是如此。
一副合理的骨架结构是承载能力的关键。
短短10年时间内我国输电线路长度增加了一倍多。
在电网建设的过程中，输电塔也得到了前所未有的发展，从早期的以木材为主要材料作为输电杆，到后来以钢筋水泥杆为主要材料作为输电塔，到现在的以钢材为主要材料作为输电塔；塔重从单基重量1－2吨，发展到现在最大单基塔重3980吨；塔高从几米发展到2004年10月建成投产的江阴段长江大跨越，塔高346.5米，是世界输电第一高塔。
因而在此次我们主要考虑以下几个方面来来设计我们的结构：承载能力高、自重轻、结构稳定，合理、外形新颖、符合实际制作、使用时结构变形小。
满足以上各个方面，我们舍弃了传统的类似于筒体的桁架，采用了单刚片受扭的双刚片交叉结构。
她作为一个刚片受水平垃力，可以减少较多面上的短杆件的使用。
自重轻，耗材少。
外形更是完成了一个突破。
同时长杆件的使用减少了结点的处理更符合实际制作的要求。
更为了使结构为创新，经济，美观，使用，我们采用了双刚片X交叉的结构。
就我们的理论分析，在结构的设计和制作的过程相结合尚在实际使用范畴之内，我们有必要做出大胆的假设，并付出实际的行动。
在实践中把握真理。
1. 设计说明书《逍遥游》曰：北冥有鱼，其名为鲲。
鲲之大，不知其几千里也；化而为鸟，其名为鹏。
鹏之背，不知其几千里也；怒而飞，其翼若垂天之云。
北方的大海里有一条鱼，它的名字叫做鲲。
鲲的体积，真不知道大到几千里；变化成为鸟，它的名字就叫鹏。
鹏的脊背，真不知道长到几千里；当它奋起而飞的时候，那展开的双翅就像天边的云。
方不知鹏有多大，但相比现今的高耸结构却极为贴切。
大而轻且有惊人的力量，扶摇直上则九万里。
这更是符合了我们结构的意境。
我们的结构因此而得名。
研究背景和意义在我们参加结构设计大赛前，结构的概念对于我们而言只限于书本。
创造更是在我们思考范围之外。
不知道是多年学习上的弊端还教育模式的缺陷，对于实际和创作我们毫无概念和头绪。
但任何状态在努力之后都是可以被打破的，随之形成新的格局。
这次结构大赛便成就了这样一个改变。
在这次结构的设计和模型的制作中我们的经验就如我们的模型那般从无到有，从满身缺陷到逐步完善。
期间我们的思想也经历了一个从浮躁到镇静的过程。
观察了学校周围的实物电塔以后，我们就模仿实物把初步模型锁定了。
真正的制作也便开始了，随之而来的却是众多不可预知的问题的不断涌现和解决，成功似乎就我们眼前。
有设计和实际的冲突，有结构材料应用和杆件制作方面的困难，还有就是结点上的处理等都是我们必须克服的，在一个又一个模型的建立和推翻，我们有些沮丧却未曾放弃。
这样我们才有机会附上这篇心得。
结构的构思和结构的选型输电塔的介绍随着钢铁工业的快速发展和钢结构设计标准的不断完善，为设计人员扩展了思路。
近几年来设计人员设计出了许多新的塔型，有为了减少线路走廊宽度的紧凑型塔、有跨越大江大河的大跨越塔、有线路走在城郊附近与城市环境相协调的钢管塔等，充分体现了钢结构在输电塔的广泛运用。
（一）结构构思在此次结构的设计中我们做出了大胆尝试。
我们的思路主要从美观，结构，制作和承重出发。
（1）外观窈窕淑女君子好逑。
人把自己推荐出去需要亮装，优雅的体态。
一件物品表达自己的最直接方式就在视觉上第一时刻征服眼球，而一个平凡无奇的结构是达不到我们的目的。
在传统和创新间我们选择了后者。
舍弃传统的四面矩形框架受扭的结构，设计为新颖的双刚片交叉结构。
从各个角度观察，还是从整体结构和局部桁架，会发现三角形是这个结构所要表达主题。
无论是古时的金字塔还现代的中银大厦都无不体现人类的三角情节，三角除了她所体现出来棱角的个性，更是因为她在力学上所表现出来的稳定形。
（2）结构结构的好坏直接影响承受何载的大小以及材料的损耗量。
输电塔在承受拉压的同时还受到水平方向的拉力产生的扭矩。
对于抗扭而言，筒结构是我们的第一选择。
它具有良好的抗扭性能。
类似与传统结构，它多以长方体的结构形式出现。
在四个外围竖直面上做大量的斜杆来抵抗水平方向拉力产生的扭矩。
结构中的杆件发挥的作用是极为合理的。
然而对于材料的损耗却偏多。
在受力考虑，我们着重突出面受扭。
在受力的形式上，单刚片的受力将结构受扭力的状况中解放。
使的结构的受力方式转变为刚片受弯，这样便降低了杆件截面的强度要求。
为了弥补结构的稳定上的缺陷，我们通过细杆在左右两侧做了两个X的支撑解决了结构的整体稳定性。
竖向荷载由框架结构主要承受，支撑体系来承受侧向荷载，保证结构有足够的侧向刚度，以控制侧向位移在规定限制内。
顶部我们考虑受竖直拉力，故通过一根长细杆平衡左右受力。
（3）制作出于对结构整体性的考虑，我们选择以四长杆为主杆由基础直到顶部，细短杆做支撑以及少量的桁架。
同时对次材料进行的分析，结点是我们制作方面较难克服的一个关口。
尽量少的结点也正是我们所追求的。
而双刚片的一单面受力减少了桁架的制作，在减少自身重量的同时也减少了结点。
（4）承重以一个面来承受水平压力，相对与一个体来承栽。
不考虑自重的情况下，体受力具有的优势。
但考虑材料的平均的承载的是时候，合理的面受力将体现出相当的优势。
（二）结构的选型方案一图方案二图方案一：如上图一所示，我们最初选择的结构是以双钢片上去，周边不做桁架支撑，整体看上去干净利落，但是她有一个致命的薄弱点，就是在两主杆的交叉点在加载过程中会形成应力集中，会导致结构失稳，因此我们放弃了这个方案。
方案二：如上图二所示，考虑到方案一结构的薄弱点，以及经过大量的思考，我们决定在主杆上再用杆支撑，形成像筒一样的结构，是结构在交叉面的受扭面积变大，中间用小杆支撑，使结构的稳定性比方案一有了相当大的提高。
综上所述，我们选择了双刚片X交叉受力同时在结构中下部分做交叉桁架支撑的结构形式。
2. 方案图模型三维图图1 模型三维图模型三视图图2 正视图图3 俯视图图4 侧视图主要构件图1.主杆图5 主杆剖面图2.附杆图6 细杆剖面图支座与连接详图图7主杆与底板连接处构造图8 杆件相互连接详图3. 计算书计算模型本输电塔结构简化为下图所示力学模型，其中L=AE=BD=107CM,AB=40CM,DE=30CM。
图9. 计算模型荷载分析输电塔结构承受的荷载除本身自重主要是水平方向和竖直方向的荷载作用，由于输电塔的自重较轻与水平荷载和竖直荷载相比可以忽略不计。
所以。
再内力分析中只要考虑水平荷载和竖直荷载的作用。
竖直方向的作用等于把力平均分配到四根主杆上。
然后在A点，或B点进行水平方向的作用，此结构等于把单方向水平拉了所产生的扭力转化为对结构的一种拉压形式，为了加强结构的整体稳定性，所以在结构的部分处加了许多桁架，由于短小的杆件过多，为了计算方便，我们对实际结构进行了简化处理进行分析，而在后面的强度与刚度分析中给与保守的设计，来弥补这一点，以满足输电塔设计的要求。
内力分析1）竖直方向作用分析根据结构力学概念及结构的对称性，当荷载作用在A或B点的时候。
杆件都受压力，做杆件的受压内力图：在这种情况下Fmax=25kN2）水平方向作用分析由于此结构的特殊性，所以在结构的上不存在弯矩。
只是转化为抗拉和抗压，做杆件的受压受拉内力图：在这种情况下Fmax=100N整体结构水平方向变形分析根据计算和实际的输电塔模型，显然结构的A或B水平方向的偏移在每一次具体加载时都不超过5CM，所以满足最大水平拉力要求。
3.5材料的力学性能与粘结工艺材料力学性能指标1、170g牛皮纸弹性模量与拉应力.压应力弹性模量（MPa）拉应力（MPa）压应力（MPa）3000 40 132、蜡线极限拉力股数 1 2 3 4 5 6极限力（N） 48 110 168 207 225 232乳液聚合是一种或几种烯类单体在乳化剂的分散稳定作用下经自由基引发剂引发，在水相中呈水包油乳状液分散的聚合反应过程。
聚合产物是以微胶粒（~μm）状态分散在水相中的乳状液，稳定性优良。
由于以水作介质，具，使用安全，无污染的优点，用于粘合剂最合适。
由于牛皮纸的抗压强度远远小于抗拉强度，所以在制作的时候我们尽可能的把牛皮纸卷得厚实。
但是在制作与受力方面环形得截面比较合适，所以我们得杆件都是做成圆杆的。
白胶中含有水分涂在牛皮纸上会降低它的强度，所以胶水尽可能的少用。
在关键部分涂上薄薄的均匀的一层即可。
在结点的处理上，我们把附杆剖开一些，然后固定在需要绑的杆件上，然后涂上胶，绑上腊线。
4. 研究中存在的问题及反思单刚片代替体结构受扭的事例在实际中并不被提倡，但对于一些特殊的构筑物，她还是体现出相当的优越性。
我们所设计的三角形刚片X交叉在受力和力的传递上都较为简单和明确。
在自重和何载的取舍间，我们取得了一个另人满意的平衡点。
她作为一个刚片受水平垃力，可以减少较多面上的短杆件的使用。
自重轻，耗才少。
外形更是完成了一个突破。
同时短杆件的使用有减少了结点的处理更符合实际制作的要求。
更为了使结构为创新，经济，美观，使用，我们采用了双刚片X交叉的结构。
就我们的理论分析，在结构的设计和制作的过程相结合尚在实际使用范畴之内，我们有必要做出大胆的假设，并付出实际的行动。
在实践中把握真理。
