纖繩

桅式結(jié)構(gòu)

構(gòu)造:桅式結(jié)構(gòu)由纖繩、桿身和基礎(chǔ)組成。

纖繩:纖繩層數(shù)一般隨桅桿高度增大而加多，纖繩結(jié)點(diǎn)間距以使桿身長細(xì)比等于80~100左右為宜,可等

距或不等距布置。不等距布置時(shí)，宜從下到上逐層加大間距，使桿身各層應(yīng)力大致相等，結(jié)構(gòu)較為經(jīng)濟(jì)。一般每層按等交角布置三根或四根纖繩，其傾角為30°~60°，以45°較好。同一立面內(nèi)所有纖繩可相互平行，每根纖繩有一地錨基礎(chǔ);或交于一點(diǎn)，共用一地錨基礎(chǔ)。纖繩常用高強(qiáng)鍍鋅鋼絲繩，用花籃螺絲預(yù)加應(yīng)力，以增強(qiáng)桅桿的剛度和整體穩(wěn)定性。

桿身:按材料可分為鋼、木和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)桿身常采用單根鋼管或組合構(gòu)件，單根鋼管可用無縫鋼管或卷板焊接鋼管。組合構(gòu)件為三邊形或四邊形空間桁架結(jié)構(gòu)(圖2)。 其弦桿和腹桿由角鋼、圓鋼、鋼管或薄壁型鋼制成,其中圓形截面風(fēng)阻較小,采用較多。對于四邊形截面的桅桿要每隔一定高度布置橫膈，以防截面變形。組合構(gòu)件之間常用焊接以簡化構(gòu)造。為了便于制造、運(yùn)輸和安裝，桿身可劃分成若干等長度的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段，節(jié)段兩端用法蘭盤或拼接板相互連接。節(jié)段長度根據(jù)所用材料、施工和經(jīng)濟(jì)條件確定。木結(jié)構(gòu)桿身采用單根圓木或組合木構(gòu)件，用拼接鋼板連接。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)采用離心式灌筑的預(yù)制管柱構(gòu)件，以法蘭盤連接。 桅式結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ):基礎(chǔ)分桿身下面的中央基礎(chǔ)和固定纖繩的地錨基礎(chǔ)。中央基礎(chǔ)為圓的或方的階梯形基礎(chǔ)，承受桿身傳來的力。地錨基礎(chǔ)承受纖繩拉力，有重力式、擋土墻式和板式。重力式地錨依靠結(jié)構(gòu)自重抵抗纖繩拉力，耗用材料較多。擋土墻式地錨埋入地下，依靠自重、水平板上的土重，以及豎向墻板上的被動(dòng)土壓抵抗纖繩拉力。板式地錨深埋土中，由與纖繩同向的拉桿和垂直于拉桿的鋼筋混凝土板組成，地錨受拉時(shí)，板上產(chǎn)生被動(dòng)土壓抵抗纖繩拉力。這種地錨比較經(jīng)濟(jì)。在巖石地基中，地錨基礎(chǔ)做成錨樁形式。

桅桿結(jié)構(gòu)是高次超靜定的空間體系，桿身為承受軸向壓力和橫向力的彈性支 座連續(xù)梁(見梁的基本理論)，纖繩為斜拉于桿身的預(yù)應(yīng)力柔索，纖繩與桿身連接的結(jié)點(diǎn)形成非線性支座，受力較為復(fù)雜。常用的桅桿靜力計(jì)算方法有兩種:彈性支座連續(xù)梁法和矩陣位移法。

彈性支座連續(xù)梁法 一種簡化的方法。纖繩與桿身分別獨(dú)立計(jì)算，利用每層纖繩的變形協(xié)調(diào)條件和結(jié)點(diǎn)平衡條件，分別計(jì)算各層纖繩拉力，結(jié)點(diǎn)位移和結(jié)點(diǎn)剛度。然后按多跨彈性支座連續(xù)梁計(jì)算桿身，利用各結(jié)點(diǎn)支座的連續(xù)條件和平衡條件計(jì)算結(jié)點(diǎn)彎矩、結(jié)點(diǎn)反力和結(jié)點(diǎn)位移，再用結(jié)點(diǎn)反力重新計(jì)算每層纖繩，重復(fù)上述計(jì)算直至兩次計(jì)算結(jié)果接近為止。這種方法只適用于纖繩對稱布置的結(jié)構(gòu)。

矩陣位移法 適用于纖繩任意布置的桅桿。這種方法考慮空間荷載、纖繩結(jié)點(diǎn)的非線性特征、桿身軸向變形和扭轉(zhuǎn)變形的影響，用矩陣位移法建立正則方程?？砂牙w繩結(jié)點(diǎn)間的桿身作為梁單元，或把空間桁架的桿件作為桿單元，建立單元?jiǎng)偠染仃嚕w繩也作為特殊的有橫向荷載的桿單元。這兩種方法都能反映纖繩和桿身的共同作用，滿足其變形的連續(xù)條件。后者較精確，但計(jì)算工作量也較大。此外，還可考慮大位移的影響，對剛度矩陣不斷作出修正，得到更為精確的結(jié)果。采用矩陣位移法時(shí)，一般需編制標(biāo)準(zhǔn)程序，用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算。

在風(fēng)荷載或地震作用下，桿身和纖繩都發(fā)生振動(dòng)，兩者相互影響，使桅桿形成一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力體系。桅桿的自振周期和相應(yīng)的振型，可按多自由度體系考慮空間振動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，即將每層纖繩質(zhì)量歸并到該層結(jié)點(diǎn)上，與桿身合成一個(gè)集中質(zhì)量，按力法或位移法列出桅桿自由振動(dòng)方程，使方程的系數(shù)行列式為零，求得自振頻率和相應(yīng)的振型曲線。

剛度和穩(wěn)定 桅桿的剛度應(yīng)根據(jù)工藝要求確定，根據(jù)靜力計(jì)算得到的桅桿結(jié)點(diǎn)最大水平位移，一般不超過結(jié)點(diǎn)所在高度的百分之一。

桅桿的穩(wěn)定分局部穩(wěn)定和整體穩(wěn)定。局部穩(wěn)定包括組合構(gòu)件中壓桿的穩(wěn)定，單根鋼管筒壁的壓屈穩(wěn)定，纖繩結(jié)點(diǎn)間桿身的偏心受壓穩(wěn)定等;局部穩(wěn)定可依靠選用合適的橫截面得到保證。整體穩(wěn)定有兩種計(jì)算方法:①將桿身作為多跨彈性支座壓彎桿件，以結(jié)點(diǎn)位移為未知數(shù)，推導(dǎo)出結(jié)點(diǎn)平衡方程組，其系數(shù)是軸向力函數(shù)。使方程組的系數(shù)行列式為零，從而求出桅桿整體穩(wěn)定的臨界力，臨界力與實(shí)際力的比值為安全系數(shù)。一般情況下，安全系數(shù)不小于1.5~2.5。由于桿身的軸向力與外荷載不成正比關(guān)系，此法有一定誤差。②以前述矩陣位移法為基礎(chǔ)，在解方程組時(shí)，以大于1的系數(shù)k乘外荷載作用在桅桿上，如迭代過程收斂，說明桅桿在這種荷載作用下保持整體穩(wěn)定。然后，再逐步增大k值,直到迭代過程發(fā)散為止。發(fā)散前一次的k值,就是桅桿整體穩(wěn)定安全系數(shù)。

桅桿的整體穩(wěn)定與桿身縱向力和結(jié)點(diǎn)剛度有關(guān)，縱向力過大或結(jié)點(diǎn)剛度不足，容易失穩(wěn)。一些工程實(shí)踐證明:桅桿喪失整體穩(wěn)定的原因,大多是結(jié)點(diǎn)剛度偏小,特別是中間結(jié)點(diǎn)剛度不足，造成桿身彎曲而產(chǎn)生附加彎矩，從而導(dǎo)致整體失穩(wěn)。若增加纖繩初應(yīng)力，雖然能提高結(jié)點(diǎn)剛度，但同時(shí)會(huì)增加桿身縱向力。因此，每一個(gè)桅桿結(jié)構(gòu)方案都要通過分析比較，才能找出最合適的加強(qiáng)整體穩(wěn)定和改善結(jié)構(gòu)受力的措施。