变电构架结构优化设计研究精选.doc

变电构架结构优化设计研究 2012-06-12  目录 1. 工程背景 1 2. 主要研究内容 1 3. 结构计算软件 2 4. 变电构架所受荷载类型及荷载组合 3 5. 变电站构架的格构式钢结构方案 4 5.1格构式钢结构方案的计算模型 4 5.2主要计算结果 6 5.3采用高强钢材计算 6 6. 变电站构架的人字柱钢结构方案 10 6.1 人字柱钢结构方案的计算模型 10 6.2 钢管人字柱构架体系建模分析 10 7. 计算结果汇总 17 8. 主要研究结论 18 9. 推荐方案 19 工程背景 电力传输工程是国防、工农业生产和人民生活中的生命线工程，变电站构架是电力传输工程的基础设施之一，它对保证电力传输的安全运行起着非常重要的作用。和传统的变电站相比，750kV特高压变电构架的高度、跨度及荷载水平均比较高，其构架结构的合理选型是保证变电站设计达到安全适用、经济合理的重要前提条件之一。 目前国内外500kV及以上电压等级变电构架的结构型式主要采用格构式钢结构和人字柱钢结构两种型式。格构式钢结构至今仍在国外变电构架设计中被广泛采用，该结构由矩形断面格构式柱和矩形断面格构式钢梁组成，梁柱铰接或刚接。梁、柱弦杆通常采用圆钢管，腹杆采用钢管或角钢。格构式钢结构的优点在于其整个结构均由较小钢管或角钢组成，节点采用螺栓或焊接连接，构件尺寸小、自重轻，制作、运输及防腐处理方便，但杆件种类和数量较多，现场拼装工作量较大，防腐维护费用高。人字柱钢结构是国内500kV变电构架中应用最为广泛的一种结构型式，该结构由人字形普通钢管构架柱和三角形断面格构式钢梁组成，梁柱采用铰接。构架柱弦杆和钢梁弦杆均采用普通钢管，柱、钢梁弦杆拼接接头采用刚性法兰，钢梁腹杆采用螺栓连接，安装、制作和运输较方便。 主要研究内容 本设计以金昌750kV变电站为工程背景，针对该750kV变电站构架进行结构选型和优化设计。主要内容包括： （1）提出4个优化初步方案，然后和甘肃省电力设计院共同研究初步方案的可行性，确定2个优选方案进行优化工作。 （2）对2个优选方案建立有限元分析模型，并对其进行优化设计，确定最终推荐方案，给出结构布置和构件尺寸，最后计算经济指标。 具体方案是： （1）建立750kV变电站构架的格构式钢结构计算模型，分别采用普通（强度）钢材和高强钢材两种方案进行对比计算，对两种方案的钢构件应力比、结构位移、用钢量及造价进行对比分析。 （2）建立750kV变电站的人字柱-三角形格构式梁钢结构构架计算模型，对人字柱构架的进出线构架柱和母线构架柱的根开尺寸和构件截面高度、进出线梁和母线梁的截面高度进行优化设计。结合格构式钢结构方案，对钢构件应力比、结构位移、用钢量及造价进行对比分析。 （3）应用高强钢材建立750kV变电站的人字柱-三角形格构式梁钢结构构架模型，对比分析采用高强钢材和普通钢材两种情况下的构件应力比、结构位移、钢材用量和结构造价。 （4）建立750kV变电站构架的钢管混凝土人字柱-三角形格构式梁构架结构计算模型，分析对比钢管混凝土柱和空钢管柱两种方案的构件应力比、结构位移、用钢量及造价。 结构计算软件 目前，针对工程设计的有限元软件层出不穷，建模灵活性越来越好，计算精度越来越高。在我国的建筑设计领域，SAP2000，Midas，STAAD/CHINA，PMSAP等软件占据了大部分市场。 MIDAS软件是1989年由韩国浦项制铁开发公司(POSCO　EC)集团的专门研究机构进行开发的，以2002年11月成立北京迈达斯技术有限公司为标志，MIDAS软件正式进入了中国。该软件针对土木工程结构，在分析像预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等的桥梁结构时有一定优势，也具有非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析和动力弹塑性分析等功能。但该软件开发时间较短，工程实例相对较少，其计算准确性的验证资料有限，在国际上也缺乏影响力。 STAAD/CHINA软件是由1995年成立的阿依艾工程软件(大连)有限公司开发的，该软件拥有强大的三维图形建模与可视化前后处理功能，较适用大中型设计单位和承担大型钢结构建筑的加工与安装企业使用。可对钢、木、铝、混凝土等各种材料构成的框架、塔架、桁架、网架、悬索等各类结构进行线性、非线性静力、反应谱及时程反应分析。 PMSAP是中国建筑科学研院建筑工程软件研究所开发的PKPM系列软件中的一个模块。PKPM是一个系列软件，除了建筑、结构、设备（给排水、采暖、通风空调、电气）设计于一体的集成化CAD系统以外，目前PKPM还有建筑概预算系列软件（钢筋计算、工程量计算、工程计价）、施工系列软件（投标系列、安全计算系列、施工技术系列）和施工企业信息化（目前全国很多特级资质的企业都在用PKPM的信息化系统）。PMSAP模块是针对复杂高