大斷面電纜研究報告

1、大斷面電纜研究報告 1.研究對象 1.1研究對象 本課題的研究對象是大斷面電纜隧道(如圖1-1)，其主要由以下八部分組成： (1)建筑部分 (2)結構部分 (3)通風部分 (4)消防部分 (5)電氣部分 (6)照明部分 (7)給排水部分 (8)電纜敷設部分 圖1 1 大斷面電纜隧道 1.2 大斷面科研的研究內容 大斷面隧道科研分為三階段完成。 第一階段的主要研究內容為： (1)電纜隧道相關文獻資料的收集與分析； (2)管片隧道試驗模型的設計。 第二階段的主要研究內容為： (1)大斷面電纜管片隧道（t型接口）足尺模型的建立與試驗結果分析； (2)大斷面隧道內部電纜布置方案及其分析； (3)大斷面

2、長距離隧道段的通風與消防模式與分析； (4)大斷面隧道的照明與排水方案與分析； (5)電纜內部支架、主要構件力學分析； (6)大斷面隧道的通風設計計算分析； (7)電纜布置、通風、消防、照明、排水方案分析與選擇； (8)初步成果在大斷面電纜隧道設計中的應用； (9)提交階段性研究報告。第三階段的主要研究內容為： (1)大斷面電纜隧道的管片隧道模型力學分析； (2)大斷面電纜隧道的管片隧道+內部結構整體力學分析； (3)大斷面電纜隧道通風的計算流體動力學（cfd）模擬； (4)大斷面電纜管片隧道設計與通風模式比選分析； (5)工作井、材料出入口、人員進出口的合理布置方式； (6)隧道分層布置及上

3、下隧道層通風與控制模式； (7)研究成果在大斷面電纜隧道設計改進中的應用； (8)研究成果在設計中的轉化確定合理斷面布置、支架力學參數(shù)、 通風模型與參數(shù)、照面布置等。2.研究意義 現(xiàn)代化城市高負荷密度的城區(qū)，土地資源極其珍貴，架空線走廊資源愈來愈受到限制，市政規(guī)劃、景觀及環(huán)保的要求愈來愈高，而采用地下電纜隧道改造城區(qū)電網，可以節(jié)省線路走廊和環(huán)境資源，輸、配電線路實施地下化已是勢在必行。國內外電纜隧道建設的實踐表明，它是城市地下空間開發(fā)利用的一種很好形式，可以把110kv、220kv高壓，乃至500kv超高壓直接引入中心城區(qū)，使電網與城市建設得以和諧、協(xié)調的持續(xù)發(fā)展。 電纜線路在運行中，輸送較大

4、的容量同時往往會產生很大的熱量，若隧道內部通風效果不理想，隧道內的溫度就不斷升高，電纜線路的輸送容量也因此會受到限制。所以研究合理的隧道內通風和消防模式，不僅能維護電纜隧道內穩(wěn)定的運行環(huán)境，而且還能準確的預測隧道內部可能產生的安全隱患，防患于未然。 同時，隨著負荷電流變化及環(huán)境溫度變化，電力電纜會發(fā)生熱伸縮。電纜線芯的熱脹冷縮會產生非常大的熱機械力，電纜線芯截面越大，產生的熱機械力就越大。線芯和金屬護套還會應熱脹冷縮的多次循環(huán)而產生蠕變。熱伸縮對電力電纜長期運行構成威脅，會造成運行電纜位移，滑落，甚至損壞電纜及附件。針對上述情況，需要根據(jù)電纜的重量、允許牽引力、側壓力和摩擦系數(shù)、各段電纜最大敷

5、設長度和電纜按短路電動力確定所需預固定的距離等因素，合理、有效的使用隧道內空間。 在圓形電纜隧道中，若采用直立型支架（如圖2 1所示），由于是圓形斷面，直立型支架的左右兩邊均有較大的間隙，而且要保證中間檢修通道的寬度，能敷設電纜電路的回路數(shù)相對較少，經濟效果不理想。本課題采用新型的的環(huán)形支架，其弧形結構可以緊貼隧道的圓形表面，與采用直立型支架相比，在不增加外部空間資源和保證安檢通道間距的前提下，合理擴展了電纜隧道內部的使用空間，增加了電纜的敷設回路數(shù)。圖2 1 直立型支架電纜隧道截面 因此，通過對電纜布置、通風、消防、照明、排水及內部主要受力構件的分析與選擇，可以明確大斷面電纜隧道的電纜布置路

6、線，對電纜隧道內部通風機理進行深入的研究，把理論分析和實際工程聯(lián)系起來。從本質上去解析和解決在工程建設中遇到的各種問題，對于電纜隧道設計有至關重要的作用，其成果不僅可以為主管部門和政府決策部門提供有效的參考，而且可以提高相關工程的質量，降低造價，使之真正做到安全、經濟、合理；還可以積累資料，為我國大斷面電纜隧道的設計提供參考依據(jù)和研究方法，完善我國大斷面電纜設計和研究作出貢獻。3.國內外研究現(xiàn)狀 3.1國外研究現(xiàn)狀 國外大多數(shù)城區(qū)變電站都通過電纜與電網相連，為改善城市中心商業(yè)區(qū)及其周圍地區(qū)電力系統(tǒng)，以保證在該地區(qū)居住和工作的人能獲得安全和可靠的電力供應。電纜隧道是把變電站連接起來的一種方式，但

7、隧道并非是連接電網的唯一方式。電纜還可以敷設在市政道路下，但國外開挖開挖方案往往被當?shù)卣駴Q，因此變電站的連接選擇了電纜隧道方案。 隨著國外城市，尤其是大城市、特大型城市的供電線路密度加大和電力需求的增長，將超高壓線路引入市中心，推動了超高壓地下輸電系統(tǒng)的發(fā)展，相繼建成不同電壓等級的隧道。國外一些國家電纜隧道建設的實踐主要如: 日本東京電力公司（tepco）確定了超高壓線路引入市中心計劃（擬建設13條線路），建成了目前的超高壓地下輸電系統(tǒng)。這一系統(tǒng)以圍繞市區(qū)的500kv外環(huán)系統(tǒng)為起點，建設盡可能靠近市中心的275kv地下輸電線路。同時使各處的地下系統(tǒng)相互連接，確保供電的可靠性。東京電力公司在

8、電纜隧道工程中積累了豐富的經驗，現(xiàn)公司擁有460km的電纜隧道和270km共享隧道。3.2國內研究現(xiàn)狀 國內電纜隧道建設起步較晚，但近年來，國內大城市的用電負荷增長很快，原有的220kv輸電系統(tǒng)供電已不能滿足日益增長的電力需求，在大城市的市中心興建地下變電站，通過電纜隧道敷設地下電纜線路，將更高一級電壓等級500kv引入市中心已成為必然的選擇。國內（包括香港）電纜隧道建設的實踐主要有： (1) 北京 北京是我國城市電纜隧道應用最多的城市，已建成電纜隧道總長度達360km，每年新建電纜隧道達15km。電纜隧道敷設已成為110220kv輸配電電纜線路主要敷設方式之一。 (2) 上海 上海市電力公司

9、經反復調研論證，提出了在今后上海城市電網建設中，原則上以電纜隧道為220500kv輸電線路的主干通道，已建于地下表層的電纜排管作為電力輸送的支線延伸。上海市電力公司現(xiàn)有電纜隧道共11km，其中包括4條跨越黃浦江的電纜隧道。4.大斷面隧道建筑結構部分的研究成果 建筑部分研究成果：通過對國內外幾種常用的電纜敷設方式的優(yōu)缺點的比較分析，結合一些工程實例確定一種更加符合本隧道電纜敷設方式。并在直通型隧道連接處、拐彎型隧道連接處和t型隧道連接處確定合理的電纜布置方案。 結構部分研究成果：通過對電纜隧道內主要的受力結構（鋼環(huán)、鋼柱、電纜支架等）的力學計算，確定受力構建合理的截面尺寸，并結合通用有限元軟件a

10、dina對整個結構體系進行整體的屈曲分析，驗算力學計算的結果。并對鋼環(huán)、鋼柱、電纜支架、預應力混凝土板、襯砌等構件的防火、防銹及防腐措施提出了建議。4.1大斷面內部電纜布置方案及分析 4.1.1隧道電纜布置方案 由于各電纜隧道的輸電能力要求各不一樣，其截面電纜布置方案也會有所差別。 圖4 1的方案把電纜隧道分為上下兩層。這樣，隧道可以分為上下兩個防火分區(qū)，當隧道上層發(fā)生火災時，由于混凝土板的阻隔（混凝土板涂過阻燃材料），火勢不會向下層蔓延，上層的人員也可以逃到隧道下層，減少生命財產的損失。然而，由于隧道內設置了混凝土板，隧道每層的縱向高度與原來不分層相比減小了一倍。隧道內設備及構件安裝時，進入

11、隧道內的施工設備受隧道內豎向高度的限制，增加了施工的難度。圖4 1 隧道分層時電纜布置圖 圖4 2的方案為隧道內未分層時的電纜布置方案，隧道內部結構布置比較簡單，隧道內未設置混凝土隔板，空間內凈高與隧道內分層時每層凈高相比大了一倍，內部電纜支架的布置可以更加靈活。然而，由于隧道直徑比較大，上部電纜敷設時高度比較高，敷設難度增加。隧道內最多也只可布置16回電纜。圖4 2 隧道未分層時電纜布置圖700預埋件xlpe電纜電纜三相抱箍pvc膠墊220kv電纜支架左圖4 3 鋼柱上布置的電纜支架大樣右圖4 4 鋼環(huán)上布置的電纜支架大樣4.1.2電力電纜敷設(1) “一”字形布置與“品”字形布置 在電纜隧

12、道內敷設的110kv電壓等級的高壓電纜(電壓高、截面大、負荷大) 基本上都采用單芯電纜，其布置除需考慮滿足散熱條件以外，還要考慮電纜對鄰近導體的影響以及電纜之間的相互影響。單芯交流電纜的布置方式包括“品”字形布置和“一”字形布置。(2) 金屬護套接地方式 單芯電纜金屬護套接地方式可分為單端接地、雙端接地和交叉互聯(lián)接地等三種 從工藝角度考慮，雙端接地最簡單，交叉互聯(lián)接地最復雜，單端接地居中。從安全接地、短路動作可靠性角度考慮，雙端接地和交叉互聯(lián)接地更為有利，貫通的金屬護套可視為一根良好的接地線。(3)電纜的蛇形敷設設計 在隧道支架上敷設的單芯交聯(lián)電纜與敷設在排管內的不同，因為在隧道支架上敷設的電

13、纜能沿半徑方向滑移不如排管那樣受到管壁阻礙，當電纜在軸向伸長時其伸縮量往往會集中到電纜盤繞殘留彎曲處，使電纜從支架上隆起而產生不規(guī)則的熱伸縮滑移現(xiàn)象，為防止該類不規(guī)則的滑移一般是采用連續(xù)蛇形敷設方法。改方法是利用各個蛇形弧幅寬來吸收電纜的熱伸長量，為縮小工作井提供條件。(4)水平蛇形敷設 根據(jù)國外電纜熱伸縮的研究，因電纜溫度變化而產生的軸向力除了與電纜本體的抗彎強度和因電纜本體重量產生的摩擦力有關外，還與蛇形弧的彎曲剛性，線膨脹系數(shù)溫升電纜單位重量以及電纜支持器材的摩擦系數(shù)有關。 水平蛇形的支架布置一般在1.5m2m間距，比垂直蛇形小一半，電纜的重量能比較平均地分配在各個支架上，對單根支架及橫

14、擔的受力要求較低。(5) 垂直蛇形敷設 垂直蛇形敷設一般采用4m以上的蛇形間距，與水平蛇形敷設相比可以大大減少支撐的支架橫擔數(shù)量，如圖4 5所示。 支持4wr0nfa04wrfa圖4 5 垂直蛇形敷設側視圖圖4 6 隧道電纜蛇形敷設 水平蛇形敷設蛇形段需擱置在支架上，當電纜發(fā)生熱伸縮時電纜表面將與橫擔產生移動摩擦，而垂直蛇形敷設在支持點之間電纜自然下垂，避免了這個問題。日本新豐洲變電站電纜隧道所采用的就是電纜垂直蛇形布置形式，見圖4 6。(6) 豎向工作井電纜布置方式對于電纜豎井來說，電纜的主要固定方式有3種，如下表所示。頂部一點夾具支持直線敷設夾具支持蛇形敷設夾具支持 適用豎井高差不大，電纜

15、重量較輕的場合。電纜熱伸縮由底部彎曲處吸收。 適用于電纜重量較重，但熱伸縮軸向力不大的情況。每隔數(shù)米設一夾具，能緊握電纜重量和熱伸縮軸向力。 適合熱伸縮軸向力很大的場合，用蛇形敷設來降低熱伸縮軸向力。電纜夾具夾具電纜電纜敷設蛇形安裝）角度（根據(jù)夾具適用場所敷設示意圖方式4.1.3隧道段交接處電纜布置 根據(jù)電力工程電纜設計規(guī)范（gb50217-94），電纜的路徑選擇，應符合下列規(guī)范： 1、避免電纜遭受機械性外力、過熱、腐蝕等危害。 2、滿足安全要求條件下使電纜較短。 3、便于敷設、維護。 4、避開將要挖掘施工的地方。 為了便于電纜隧道運營后的管理維修，在電纜的布置時沿隧道全線均應留出有足夠的空間

16、作為人行通道。隧道的中間段，由于電纜均貼墻壁走向，此問題較易解決。而在隧道連接處，由于電纜數(shù)目較多，方向復雜，易出現(xiàn)不同電纜在線路上的交叉，或者阻礙人行通道。為此，在電纜布置時，應進行合理的規(guī)劃、設計，使電纜盡量沿隧道側壁敷設，從而避免不同線路電纜的交叉問題。圖4 7、圖4 9、圖4 8分別是直通連接處、t型連接處和拐彎連接處的電纜布置示意圖 圖4 7 直通連接處圖4 8 拐彎連接處圖4 9 t型連接處圖4 10 電纜敷設示意圖圖4 11 工作井剖面圖4.2電纜內部支架、主要構件力學分析 4.2.1主要受力構件的防火處理 因為在火災發(fā)生后，若鋼環(huán)、鋼柱、混凝土板等主要的受力構件受到破壞將很難重

17、新施工，所以要確保這些構件能在火災發(fā)生時能繼續(xù)承受荷載，在火災發(fā)生后不用較大的修復就能繼續(xù)使用，確保電纜隧道的使用年限，需要對這些構件進行防火處理。 4.2.1.1鋼環(huán)、鋼柱等鋼結構的防火防銹處理措施 1、鋼結構的防火措施 由于缺少明確的隧道內鋼結構的防火規(guī)范，建議依據(jù)建筑鋼結構防火技術規(guī)范（cecs 200：2006）要求，主要受力構件鋼環(huán)、鋼柱的的耐火極限不低于23小時，當鋼結構采用防火涂料保護時，可采用膨脹型和非膨脹型防火涂料，鋼結構防火涂料的技術性能除應符合現(xiàn)行國家標準鋼結構防火涂料（gb 14907）的規(guī)定外，尚應符合下列要求：（1）生產廠家應提供非膨脹防火涂料導熱系數(shù)（500時）、

18、比熱容、含水率和密度參數(shù)，或提供等效導熱系數(shù)、比熱容和密度參數(shù)。非膨脹型防火涂料的等效導熱系數(shù)可按建筑鋼結構防火技術規(guī)范（cecs 200：2006）附錄的規(guī)定測試。（2）主要成分為礦物纖維的非膨脹型防火涂料，當采用干式噴涂施工工藝時，應有防止塵粉、纖維飛揚的可靠措施。 鋼結構防火保護措施應按照安全可靠，經濟實用的原則選用，并考慮一下條件：（1）在要求的耐火極限內能有效地保護鋼構件。（2）防火涂料應易于與鋼構件結合，并對鋼構件不產生有害影響。（3）當鋼構件受火產生允許變形時，防火保護涂料不應發(fā)生結構性破壞，仍能保持原有的保護作用直至規(guī)定的耐火時間（4）施工方便，易于保證施工質量。（5）防火保護

19、材料不應對人體有毒害。（6）復層涂料應相互配套，底層涂料應能同普通防銹漆配合使用，或者底層涂料自身具有防銹功能。（7）膨脹型防火涂料的保護厚度應通過實際構件的耐火試驗確定。鑒于上述因素，建議鋼環(huán)、鋼柱及電纜支架等鋼結構采用防火涂料進行處理。防火涂料的保護工程質量控制應符合相關規(guī)范的要求。 2、鋼結構構件的防銹措施 鋼結構銹蝕根據(jù)周圍的環(huán)境、空氣中的有害成分（酸、鹽等）及溫、濕度和通風情況的不同，可分為兩類：化學銹蝕和電化學銹蝕。 鋼結構表面與周圍介質直接化學反應而產生的銹蝕稱為化學銹蝕。而鋼結構在存放和使用中與周圍介質之間發(fā)生氧化還原反應而產生的腐蝕屬于電化學銹蝕。鋼結構的防腐蝕，除了要徹底除

20、銹外，還應懸著使用防銹性能好的涂料，選用涂料是應根據(jù)結構所處的環(huán)境、使用功能、經濟性和耐久性、穩(wěn)定性等因素來選用合適的防銹涂料。 鋼結構的防腐蝕方法有四類：（1）鋼材本身抗腐蝕，即采用具有抗腐蝕能力的耐用鋼材。（2）長效防腐蝕方法，即用熱鍍鋅、熱鍍鋁（鋅）復合涂層進行剛才表面處理，使鋼結構的防腐蝕年限達到2030年，甚至更長。（3）涂層 法，即在鋼結構表面涂（噴）油漆或者其他防腐蝕涂料，其耐久年限一般為510年。（4）對水下火地下鋼結構采用陰極保護，即電化學保護的方法。 4.1.1.2混凝土板及襯砌的防火處理措施 1、隧道防火涂料的防火原理 從燃燒的條件知道，要使燃燒不能進行，必須將燃燒的三個

21、要素中的任何一個因素隔絕開。如果以難燃或者不燃的涂料將可燃物表面封閉起來，避免與空氣接觸，使可燃物表面變成難燃或者不燃的表面。 2、隧道防火涂料的基本組成隧道防火涂料主要由主粘結劑、輔助粘結劑、膨脹劑、阻燃劑、防水劑等成份組成。根據(jù)隧道火災特點和隧道設計規(guī)范及標準，選用的防火涂料應該具有以下特征： （1）改涂料燃燒時應沒有毒氣體產生，并趨向于環(huán)保型，以便于隧道火災的滅救及隧道的修復。 （2）隧道防火涂料不僅要考慮涂料的耐火性能，還必須兼顧涂料的附著性。 （3）應充分考慮施工的方便性和效率，涂料應既可以人工抹涂，又可以機械噴涂。 （4）應根據(jù)建筑構件耐火性能試驗方法、建筑構件防火噴涂材料性能的試

22、驗方法等相關規(guī)范對涂覆試板的耐火極限進行試驗。 4.2.2鋼環(huán)計算 在電纜隧道中，電纜的的重量直接影響其內部支架的選型。如何保證電纜和鋼筋混凝土板的重量能夠安全的傳遞給下部，經分析研究，建議采用自平衡體系（見圖4 12）。圖4 12 隧道內部鋼架截面圖4.2.2.1圓環(huán)鋼架計算 如圖4 12所示，在電纜隧道中，電纜及其支架，鋼環(huán)，鋼柱等受力結構的布置均采用對稱布置的方法。左右兩側的電纜應至下而上同時敷設，以保證在電纜敷設時，鋼環(huán)、鋼柱等受力結構承受對稱荷載。圖4 12 隧道內部鋼架截面圖 同時，鋼環(huán)采用的柱腳形式為鉸接，而鋼環(huán)中部（b點）存在預應力混凝土板對其的支撐作用。故鋼環(huán)的受力模型可以簡

23、化為如圖4 13所示。整個結構采用力法進行內力計算，其計算模型見圖4 14。圖4 13 對稱計算模型 圖4 14 計算簡圖 4.2.2.2鋼環(huán)片與鋼環(huán)片之間的連接 焊縫強度滿足要求。由于在管頂?shù)倪B接板受力更小。所以采用同此處一樣的設計便可以滿足要求。 圖4 16 焊縫截面 4.2.2.3鋼環(huán)支座設計圖4 17 柱腳截面示意圖 4.2.3梁柱設計 4.2.3.1梁截面設計 梁截面鋼材選用q235鋼，截面形式選用角鋼，梁兩端與柱子連接形式為鉸接。圖4 18 結構構件平面布置圖 4.2.3.3 gl3、gl4截面設計gl3的結構計算簡圖如圖4 19所示：q圖4 19 gl3計算簡圖4.2.3.5 鋼

24、柱設計 1、gz2截面設計： （1）確定截面尺寸 采用q235普通14#工字鋼，截面尺寸見圖20（c）。 （2）計算截面特性 （3）驗算柱子的整體穩(wěn)定圖4 20 柱受力圖簡化圖4.2.3.6 螺栓焊縫計算 l100x7 l100x7v圖4 21 螺栓連接示意圖圖4 23 螺栓連接示意圖4.2.3.7 柱腳設計 柱腳采用構造設置。具體尺寸見柱腳詳圖4 25 圖4 25 柱腳詳圖4.2.4電纜支架和預應力板設計4.2.4.1110kv支架設計xlpe電纜55035e60圖4 26 110kv支架4.2.4.2220kv支架設計xlpe電纜60700e354.2.4.3預應力板計算圖4 28 預應力

25、板的截面形式4.2.5計算結論 如圖4 29所示，在整個受力結構中，電纜的重量通過電纜支架直接傳給鋼柱和鋼環(huán)，混凝土板的重量則通過鋼梁傳給鋼柱和鋼環(huán)。由于整個鋼環(huán)結構相當于一個自平衡體系，傳遞到鋼環(huán)上的電纜及其支架荷載沒有傳到與鋼環(huán)接觸的管片上，而是將鋼環(huán)上的電纜及其支架荷載轉化了鋼環(huán)內部的軸力，然后傳于下部混凝土中，大大減小了鋼環(huán)上的集中彎矩。通過計算表明，鋼環(huán)、鋼柱、鋼梁及電纜支架危險截面上的軸力、彎矩、剪力及整體穩(wěn)定性均滿足要求。圖4 29 隧道內部截面圖4.3內部結構的有限元分析 采用adina軟件提供的非線性屈曲分析模塊對隧道內部結構的整體的屈曲分析。4.3.1幾何模型的建立 運用通

26、用有限元軟件adina建立幾何實體模型1和模型2 。模型1為試驗段的幾何模型 。模型1鋼柱工字鋼翼緣沿隧道縱向方向 。（a）整體幾何模型 （b）局部幾何模型 圖4 30 模型1的幾何模型 模型2為初步設計的幾何模型，模型2的界面尺寸大于模型1的截面尺寸，且兩者在鋼柱布置方式和鋼柱上電纜支架的布置方式不一樣 ，模型2鋼柱工字鋼翼緣沿隧道橫向方向，相應的電纜支架的布置方式也有所變化 ，分別見圖4 30（b）和圖4 32（b）。 （a）整體幾何模型 （b）局部幾何模型 圖4 31 模型2的幾何模型4.3.2有限元模型的建立 4.3.2.1荷載條件 結構體系上的荷載主要有兩部分組成：第一部分為位于電纜

27、支架上的電纜自重，110千伏電纜支架上的重力荷載為1.14105n，220千伏電纜支架上的重力荷載為1.788105n，以壓力的形式作用子電纜支架；第二部分為位于鋼環(huán)牛腿上的預應力混凝土板自重及其上面的活荷載，剛環(huán)上一共有四個牛腿，每側兩個，鋼柱上一共有兩個牛腿，每側一個，每個腿上承受的集中荷載約為8500n。 4.3.2.2幾何邊界條件 結構體系的幾何邊界由鋼環(huán)、鋼柱柱腳，預應力混凝土板對鋼環(huán)及鋼柱的橫向支撐，襯砌上的連接件對鋼環(huán)的法線約束。鋼環(huán)、鋼柱柱腳限制了鋼環(huán)及鋼柱的x方向和y方向的位移，混凝土板對鋼環(huán)及鋼柱的橫向支撐限制了鋼環(huán)及鋼柱y方向的位移。圖4 32 模型1荷載及幾何邊界條件圖

28、4 33 模型2荷載及幾何邊界條件 4.3.2.3材料的本構模型 幾何模型的材料采用q235鋼，其彈性模量e=2.061011n/m2,泊松比=0.3，屈服應力取4108n/m2。材料本構模型采用理想彈塑性模型，假定屈服點以前鋼材為完全彈性的，屈服點后則為完全塑性，其應力-應變曲線表現(xiàn)為雙直線（見下圖）。圖4 34 材料本構模型4.3.2.4有限元網格 各模型有限元網格的劃分采用10節(jié)點的六面體單元，運用delaunay自由網格劃分方式，在電纜支架與鋼環(huán)及鋼柱連接處自動加密，以便獲得更加穩(wěn)定的網格（模型1和模型2的網格劃分圖如下）。（a）整體網格模型 （b）局部網格模型 圖4 35 模型1有限

29、元網格（a）整體網格模型 （b）局部網格模型 圖4 36 模型1有限元網格4.3.3計算結果 4.3.3.1模型1計算結果 模型1計算結果的求解一共分為十個時間步，每個時間步的時間間隔為0.02秒，總共時間為0.20s。圖4 37列舉了模型1在初始狀態(tài)、第三個時間步后、第七個時間步后、第十個時間步后的變形圖，反映在荷載不斷加大的情況下模型1位移不斷加大，直至屈曲的過程。（a）結構初始變形狀態(tài) （b）第三個荷載步后結構變形 （c）第七個時間步后結構變形 （d）第十個時間步后結構變形 圖4 37 結構在加載下的變形 圖4 38顯示了模型1的力-位移曲線，表明當鋼環(huán)上牛腿的集中荷載達到2.4104n

30、后模型1屈曲，而通過荷載計算每個牛腿上的集中荷載為8.5103n。圖4 38 力-變形曲線 圖4 39、圖4 40和圖4 41顯示了模型一在第三個時間步后，第七個時間步后和第十個時間步后的等效應力云圖，表明在電纜支架與鋼環(huán)、鋼柱連接處，鋼環(huán)與鋼柱連接處，及鋼環(huán)與牛腿連接處為模型比較薄弱的地方，這些的地方的應力相對較大，很容易達到屈服，從而會影響整個結構體系的整體承載能力。（a）整體等效應力云圖 （b）支架處等效應力云圖 （c）鋼柱頂端等效應力云圖 （d）牛腿等效應力云圖 圖4 39 第三個時間步后結構等效應力云圖（a）整體等效應力云圖 （b）支架處等效應力云圖 （c）鋼柱頂端等效應力云圖 （d

31、）牛腿等效應力云圖 圖4 40 第七個時間步后結構等效應力云圖（a）整體等效應力云圖 （b）支架處等效應力云圖 （c）鋼柱頂端等效應力云圖 （d）牛腿等效應力云圖 圖4 41 第十個時間步后結構等效應力云圖4.3.3.2 模型 2 計算結果 圖4 42列舉了模型1在初始狀態(tài)、第三個時間步后、第七個時間步后、第九個時間步后的變形圖。（a）結構初始變形狀態(tài) （b）第三個時間步后結構變形（c）第七個時間步后結構變形 （d）第十個時間步后結構變形 圖4 42 結構在加載下的變形圖4 43 力-變形曲線 圖4 44、圖4 45和圖4 46顯示了模型一在第三個時間步后，第七個時間步后和第十個時間步后的等效應力云圖，表明在電纜支架與鋼環(huán)、鋼柱連接處，鋼環(huán)與鋼柱連接處，及鋼環(huán)與牛腿連接處