通信塔屈曲變形研究

李 波

（濱州學院 建筑工程學院， 山東 濱州 256600）

0 引言

生命線工程是指與城市的正常運行密切相關、對國計民生有重大影響的工程系統[1]，而通信系統又是生命線工程的重要組成部分，所以研究通信系統中的通信塔抗震性能尤為重要 ，了解鐵塔結構的屈曲變形規律是準確進行抗震性能研究的關鍵。本文針對目前在通信系統中常用的三管塔，利用有限元軟件建立模型，對其進行屈曲分析，探究在不同振動模態下三管塔的屈曲變形規律，為其抗震性能設計和評估提供理論依據。

1 計算模型

本文選用中國鐵塔股份有限公司標準圖集[2]中的50m高三管塔作為算例，假設分析場地為Ⅱ類場地，結構設防烈度取為8度，地震分組為第二組。采用大型有限元軟件ABAQUS建模分析計算，鐵塔結構采用BEAM單元模擬要比Truss單元模擬更好[3]，故本文模型中豎向支撐、斜材以及板材均采用BEAM單元。材料本構采用雙折線本構模型，采用Q235型鋼，鋼材屈服強度取為235Mpa，鐵塔底部按固結考慮，塔頂天線及平臺自重按集中荷載加在相應位置，50m高三管塔有限元模型如圖1所示。

2 屈曲分析

對于鋼結構鐵塔來說，受壓支撐構件一般在其達到極限承載力之前整體結構就會喪失穩定性[4]，所以對于鐵塔這種高聳結構來說，失穩破壞即為最主要的破壞形式，壓桿的整體失穩形式主要有彎曲、扭轉和彎扭。在地震和風荷載作用下，結構同時承受水平力和豎向荷載，表現為彎曲破壞。高聳鐵塔屬于大變形小應變結構，其初始缺陷和初始彎曲不能忽略，本文利用ABAQUS中Buckle分析步對結構進行屈曲分析，得到50m三管塔前3階屈曲變形如圖2所示。

圖2 三管塔屈曲變形模態圖

3 結論與建議

通過ABAQUS屈曲分析（Buckle分析步）結果可知，50m高三管塔在自身重力和地震力作用下，結構的基本模態（前兩階）均屬于整體彎曲失穩；第三階屈曲變形模態屬于扭轉變形，在此類屈曲變形情況下，結構將發生彎扭失穩。明確了結構的屈曲失穩破壞模式，在結構設計過程中，就應相應的加強薄弱部位，尤其是避免彎扭失穩破壞模式的發生，對提高通信鐵塔的抗震能力具有重要意義。

圖1 三管塔有限元模型

[1]謝甫哲,舒贛平. 單管通信塔非線性分析與研究[C]. 第五屆全國現代結構工程學術研討會論文集.廣州,2005:1385-1393

[2]中國鐵塔股份有限公司. 通信鐵塔標準圖集[S]. 2015.

[3]Phill-Seung Lee, Ghyslaine Mcclure. Elastoplastic large deformation analysis of a lattice steel tower structure and comparison with full-scale tests [J]. Journal of Constructional Steel Research, 2007, 63:709-717.

[4]王炳宇.鋼結構的失穩分析及穩定性設計探討[J].門窗,2012,5:93-94