變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變電站架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，尤其是用于復(fù)雜變電站架構(gòu)鋼梁較多、建模復(fù)雜的變電站構(gòu)架。
【背景技術(shù)】
[0002]在變電站架構(gòu)設(shè)計(jì)中，完成架構(gòu)結(jié)構(gòu)的初步設(shè)計(jì)后，需要通過(guò)建模和結(jié)構(gòu)計(jì)算檢驗(yàn)所設(shè)計(jì)的鋼架構(gòu)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形是否滿足規(guī)范要求，確定空間格構(gòu)式鋼梁的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整空間格構(gòu)式鋼梁截面大小。變電站架構(gòu)包括架構(gòu)柱和由多個(gè)構(gòu)件組成的鋼梁，目前所采用的設(shè)計(jì)方法是采用架構(gòu)的鋼梁和架構(gòu)柱整體建模，鋼梁采用空間格構(gòu)式鋼梁，通過(guò)對(duì)每個(gè)構(gòu)件的內(nèi)力進(jìn)行分析，最終確定截面大小。
[0003]隨著工業(yè)與民用電負(fù)荷需求逐年增加，新建電力設(shè)施的建設(shè)任務(wù)日益繁重，大型變電站不斷涌現(xiàn)，變電架構(gòu)結(jié)構(gòu)形式逐步向多構(gòu)件聯(lián)合受力方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)的受力狀況更加復(fù)雜，而每根鋼梁又由數(shù)百個(gè)構(gòu)件組成，采用梁柱整體建模，運(yùn)用有限元分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算，整體模型結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量龐大，最終造成有限元計(jì)算分析工作量非常大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，能夠減少變電站架構(gòu)的建模及結(jié)構(gòu)計(jì)算的工作量，減少架構(gòu)鋼梁和架構(gòu)柱的截面設(shè)計(jì)時(shí)間。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:
變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟，
A、根據(jù)變電架構(gòu)鋼梁的幾何尺寸和荷載對(duì)鋼梁分組，相同幾何尺寸和荷載的鋼梁分為同一組；
B、每一組鋼梁中選取一根鋼梁作為參考鋼梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定該參考鋼梁的截面面積指標(biāo)、抗剪面積指標(biāo)、慣性矩指標(biāo)、極慣性矩指標(biāo)，根據(jù)上述指標(biāo)計(jì)算參考鋼梁的整體剛度；
C、依據(jù)B步驟求得的整體剛度，建立與參考鋼梁的整體剛度相同、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的等代鋼梁模型；
D、建立由等代鋼梁和架構(gòu)柱組成的架構(gòu)模型，利用有限元分析軟件對(duì)架構(gòu)模型進(jìn)行有限元分析，確定等代鋼梁的端頭內(nèi)力，并確定架構(gòu)柱的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整架構(gòu)柱截面大小，完成架構(gòu)柱的截面設(shè)計(jì)；
E、建立每一根參考鋼梁的空間格構(gòu)式鋼梁模型，空間格構(gòu)式鋼梁與參考鋼梁具體構(gòu)件和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同；讀取步驟D中的等代鋼梁端頭內(nèi)力并將端頭內(nèi)力和參考鋼梁自身承受的荷載施加到空間格構(gòu)式鋼梁的模型中，利用有限元分析軟件進(jìn)行有限元分析，確定空間格構(gòu)式鋼梁的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整空間格構(gòu)式鋼梁截面大小，完成參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)；
F、將參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用到同組其他鋼梁上，從而完成變電構(gòu)架整體的設(shè)
i+o
[0006]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟B中所述的等代鋼梁是由單個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的長(zhǎng)度方向均勻的鋼梁模型，等代鋼梁的截面為三角形或矩形。
[0007]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟B中所述的鋼梁的整體剛度包括抗彎剛度、抗扭剛度、抗剪剛度。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:步驟D和步驟E中有限元分析的過(guò)程所利用有限元分析軟件是ANAYS或者STAAP.PRO。
[0009]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果在于:
本發(fā)明的變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法可簡(jiǎn)化復(fù)雜結(jié)構(gòu)，減少了建模工作量，縮短設(shè)計(jì)周期，提高工作效率。
[0010]本發(fā)明的步驟A將鋼梁進(jìn)行分組，同組的鋼梁幾何尺寸相同，結(jié)構(gòu)相同選取參考鋼梁進(jìn)行分析設(shè)計(jì)就能得出同組其他鋼梁的設(shè)計(jì)結(jié)果，減少了工作分析設(shè)計(jì)的工作量，提高工作效率。
[0011]本發(fā)明的步驟C建立等代鋼梁模型，減少了構(gòu)件，縮短了建模時(shí)間，只要保證等代鋼梁模型的剛度與實(shí)際鋼梁的剛度相同，就能保證鋼梁對(duì)架構(gòu)柱施加的力相同，計(jì)算構(gòu)架柱的截面承載力就不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，保證了本發(fā)明的方法對(duì)構(gòu)架柱的截面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
[0012]本發(fā)明的空間格構(gòu)式鋼梁模型與參考鋼梁具體構(gòu)件和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同，代入讀取的等代鋼梁的端頭內(nèi)力和參考鋼梁自身承受的荷載，保證構(gòu)架柱對(duì)鋼梁施加的力相同，計(jì)算到具體的構(gòu)件就能保證鋼梁截面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
[0013]將參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用到同組其他鋼梁上，不需要對(duì)每根鋼梁進(jìn)行建模設(shè)計(jì)，大大減少了建模工作量，節(jié)省了工作時(shí)間，提高了工作效率。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明步驟流程不意圖；
圖2是傳統(tǒng)建模方式的構(gòu)架模型示意圖；
圖3是本發(fā)明的等代鋼梁和架構(gòu)柱組成的架構(gòu)模型示意圖；
圖4是本發(fā)明的空間格構(gòu)式鋼梁模型示意圖；
在附圖中:1、架構(gòu)柱，2、空間格構(gòu)式鋼梁，3、等代鋼梁。
【具體實(shí)施方式】
[0015]變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟，
A、根據(jù)變電架構(gòu)鋼梁的幾何尺寸和荷載對(duì)鋼梁分組，相同幾何尺寸和荷載的鋼梁分為同一組。
[0016]B、每一組鋼梁中選取一根鋼梁，這根鋼梁作為參考鋼梁，對(duì)參考鋼梁進(jìn)行分析，根據(jù)參考鋼梁所需滿足的強(qiáng)度條件確定該參考鋼梁的截面面積指標(biāo)、抗剪面積指標(biāo)、慣性矩指標(biāo)、極慣性矩指標(biāo)，根據(jù)上述指標(biāo)代入剛度計(jì)算公式就能計(jì)算出參考鋼梁的整體剛度；同組的鋼梁長(zhǎng)度相同，結(jié)構(gòu)相同選取參考鋼梁進(jìn)行分析設(shè)計(jì)所得到的結(jié)果與同組其他鋼梁的設(shè)計(jì)結(jié)果是相同的，所以選參考鋼梁進(jìn)行分析的結(jié)果能夠應(yīng)用在同組其他鋼梁中，減少了工作分析設(shè)計(jì)的工作量，提高工作效率。
[0017]C、在計(jì)算鋼梁截面變形影響因素的基礎(chǔ)上進(jìn)行建模，依據(jù)B步驟求得的整體剛度，建立與參考鋼梁的整體剛度相同、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的等代鋼梁3模型；利用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的等代鋼梁3進(jìn)行分析，減少了構(gòu)件，縮短了建模時(shí)間。
[0018]D、建立由等代鋼梁3和架構(gòu)柱I組成的架構(gòu)模型，利用有限元分析軟件對(duì)架構(gòu)模型進(jìn)行有限元分析，確定架構(gòu)柱I的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整架構(gòu)柱I截面大小，完成架構(gòu)柱I的截面設(shè)計(jì)；確定等代鋼梁3的端頭內(nèi)力；端頭內(nèi)力是指架構(gòu)柱I對(duì)鋼梁的作用力，只要保證等代鋼梁3模型的剛度與實(shí)際鋼梁的剛度相同，就能保證鋼梁對(duì)架構(gòu)柱I施加的力相同，計(jì)算構(gòu)架柱I的截面承載力就不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，保證了對(duì)構(gòu)架柱I的截面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
[0019]E、建立每一根參考鋼梁的空間格構(gòu)式鋼梁2模型，空間格構(gòu)式鋼梁2與參考鋼梁具體構(gòu)件和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同；將步驟D中讀取的等代鋼梁3端頭內(nèi)力和參考鋼梁自身承受的荷載施加到空間格構(gòu)式鋼梁2的模型中，利用有限元分析軟件進(jìn)行有限元分析，確定空間格構(gòu)式鋼梁2的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整空間格構(gòu)式鋼梁2截面大小，完成參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)；空間格構(gòu)式鋼梁2模型與參考鋼梁具體構(gòu)件和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同，代入讀取的等代鋼梁3的端頭內(nèi)力和參考鋼梁自身承受的荷載，保證構(gòu)架柱I對(duì)鋼梁施加的力相同，計(jì)算到具體的構(gòu)件就能保證鋼梁截面設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。
[0020]F、將參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用到同組其他鋼梁上，從而完成變電構(gòu)架整體的設(shè)計(jì)。
[0021]步驟B中所述的等代鋼梁3是由單個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的長(zhǎng)度方向均勻的鋼梁模型，等代鋼梁3的截面為三角形或矩形。確定等代鋼梁3的模型參數(shù)時(shí)，首先根據(jù)工程需要確定截面形狀，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算截面參數(shù)，將截面參數(shù)代入剛度計(jì)算公式，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際需要的剛度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比得出的誤差再進(jìn)行微調(diào)，得到剛度與參考鋼梁相同的等代鋼梁3的模型。
[0022]步驟A中所述的鋼梁的整體剛度不是一個(gè)單一的數(shù)值，而是由一組參數(shù)共同表示；整體剛度包括X軸的抗彎剛度、y軸的抗彎剛度、抗扭剛度、抗剪剛度等參數(shù)。
[0023]步驟D和步驟E中有限元分析的過(guò)程所利用有限元分析軟件是ANAYS和STAAP.PRO。
[0024]常規(guī)500kV聯(lián)合架構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，用傳統(tǒng)方法整體建模后共建立構(gòu)件13000多個(gè)，建模復(fù)雜，設(shè)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)；采用本發(fā)明的變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，整體模型桿件數(shù)量?jī)H為350個(gè)左右，大幅減少模型建立工作量，縮短了結(jié)構(gòu)建模及結(jié)構(gòu)分析時(shí)間，提高了工作效率；而且本發(fā)明的變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法不影響計(jì)算分析的準(zhǔn)確性，運(yùn)用本發(fā)明進(jìn)行設(shè)計(jì)的結(jié)果與傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的結(jié)果誤差不超過(guò)3%，處于設(shè)計(jì)規(guī)范要求允許誤差范圍之內(nèi)。
[0025]本發(fā)明能夠在不影響結(jié)果準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上大大減少變電站架構(gòu)的建模及結(jié)構(gòu)計(jì)算的工作量，節(jié)省架構(gòu)鋼梁和架構(gòu)柱的截面設(shè)計(jì)時(shí)間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:包括以下步驟， A、根據(jù)變電架構(gòu)鋼梁的幾何尺寸和荷載對(duì)鋼梁分組，相同幾何尺寸和荷載的鋼梁分為同一組； B、每一組鋼梁中選取一根鋼梁作為參考鋼梁進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定該參考鋼梁的截面面積指標(biāo)、抗剪面積指標(biāo)、慣性矩指標(biāo)、極慣性矩指標(biāo)，根據(jù)上述指標(biāo)計(jì)算參考鋼梁的整體剛度； C、依據(jù)B步驟求得的整體剛度，建立與參考鋼梁的整體剛度相同、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的等代鋼梁(3)模型; D、建立由等代鋼梁(3)和架構(gòu)柱(I)組成的架構(gòu)模型，利用有限元分析軟件對(duì)架構(gòu)模型進(jìn)行有限元分析，確定等代鋼梁(3)的端頭內(nèi)力，并確定架構(gòu)柱(I)的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整架構(gòu)柱(I)截面大小，完成架構(gòu)柱(I)的截面設(shè)計(jì)； E、建立每一根參考鋼梁的空間格構(gòu)式鋼梁(2)模型，空間格構(gòu)式鋼梁(2)與參考鋼梁具體構(gòu)件和實(shí)際結(jié)構(gòu)相同；讀取步驟D中的等代鋼梁(3)端頭內(nèi)力并將端頭內(nèi)力和參考鋼梁自身承受的荷載施加到空間格構(gòu)式鋼梁(2)的模型中，利用有限元分析軟件進(jìn)行有限元分析，確定空間格構(gòu)式鋼梁(2)的截面承載力，根據(jù)截面承載力調(diào)整空間格構(gòu)式鋼梁(2)截面大小，完成參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)； F、將參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用到同組其他鋼梁上，從而完成變電構(gòu)架整體的設(shè)i+o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟B中所述的等代鋼梁(3)是由單個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的長(zhǎng)度方向均勻的鋼梁模型，等代鋼梁(3)的截面為三角形或矩形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟B中所述的鋼梁的整體剛度包括抗彎剛度、抗扭剛度、抗剪剛度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:步驟D和步驟E中有限元分析的過(guò)程所利用有限元分析軟件是ANAYS或者STAAP.PRO。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種變電架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,用于復(fù)雜變電站架構(gòu)鋼梁較多建模復(fù)雜的變電站構(gòu)架,包括以下步驟，A、根據(jù)變電架構(gòu)鋼梁的長(zhǎng)度對(duì)鋼梁分組；B、選取參考鋼梁進(jìn)行分析，計(jì)算參考鋼梁的整體剛度；C、建立與參考鋼梁的整體剛度相同、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的等代鋼梁模型；D、建立由等代鋼梁和架構(gòu)柱組成的架構(gòu)模型，進(jìn)行有限元分析，完成架構(gòu)柱的截面設(shè)計(jì)；E、建立空間格構(gòu)式鋼梁模型，將等代鋼梁端頭內(nèi)力和自身承受的荷載施加到該模型中，進(jìn)行有限元分析，完成參考鋼梁的截面設(shè)計(jì)；F、將設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)用于同組其他鋼梁，完成變電構(gòu)架的設(shè)計(jì)。本發(fā)明能夠簡(jiǎn)化復(fù)雜結(jié)構(gòu)，減少了建模工作量，縮短設(shè)計(jì)周期，提高工作效率。
【IPC分類(lèi)】G06F17-50
【公開(kāi)號(hào)】CN104732043
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510173880
【發(fā)明人】馮舜凱, 聶小莉
【申請(qǐng)人】河北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年4月14日