【doc】二次雷达钢结构塔论证研究

【doc】二次雷达钢结构塔论证研究 二次雷达钢结构塔论证研究 二次雷达钢结构塔论证研究 电子部第十四研究所廉建勋 /一7强量.车文对仉—...型航管二次雷达的铜结构塔的结构型式进行了论证研究.确定了.25米高的铜结柑塔的平截面形式,立面形式,礁杆体系等,在此基础上计算出铜结构塔藏荷,并对 关髓调雷达钢结构塔结构形式载荷?,—————… 1概述 电子部第十四研究所研腻的DLD一100型航管二次雷达,用于空中交通管制,目前工程样 机已研翻完成,已在广东jIIl头机场试用一年多时间.雷达的各项性能指标达到和超过了 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 要 求,为我国在单脉冲航管二次雷达方面填补了空白,并为我国在航空交通管翩颁域赶上国际先 进水平作出了重要贡献. 根据系统总体技术要求,航管二次雷达必须安装在高度为25米的塔架上,雷达的塔架有 两种型式t一种是钢结构塔,整个塔架是用结构钢型材通过焊接和用螺纹连接安装而成的I另 一 种是钢筋混凝?结构塔,整个塔架是用钢筋和水泥浇制而成.本文对钢结构塔的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行论 证研究.确定塔架的平截面形式,立面形式,腹杆体系等,在此基础上确定各杆件的材料规格并 计算出塔架所受的载荷.建立塔架的力学模型,为钢结构塔的有限元分析和优化设计作准备. 2结构形式的选取 &1培架的平截面形式. 塔架的平截面形式,通常采用的有三角形,四边形,六边形和八边形等.见图1.在特殊情 况下也可以采用厢状结构. 平截面形式的选取,对于经济效果和造型美观都有关系.塔架所受的载荷主要是风载荷和 自重.在这种载荷的作用下,塔架的受力与悬臂粱很相似,所以在分析时常把塔架作为悬臂粱 对待.如果塔架的平截面为多边形平截面.则离开平截面形心比较近的塔柱一般受力较小,如 果塔架的边敦愈多,杆件的数量也愈多,杆件数量的增加,虽然可以减小杆件的截面尺寸,但同 时也增加了连接材料和挡风面积,载荷也相应增加.塔架的边数越多,连接结点也越多.这样增 加了加工和安装的难度,所以选择塔架的平截面形式要考虑各方面的因素.航管二次雷达钢结 构塔架采用四边形平截面形式.塔架在地面处平截面的太小,习惯上以底盘宽度来衡量,四边 形塔;曙的底盘宽度一般为整个塔高的i/4,1/8,本雷达要求塔架高为25米,敢底盘宽度取 4.5米是比较合适的. 22培絮的立面形式 塔架的立面形式可分为两类一类是塔柱坡度沿高度变化的,如抛物线型和折线型塔架I 另一类是塔柱坡度沿高度不变的,如直线型塔架,见图2. 15 A串审t?)二舟(b)四边形(c)卉舟形(a)八边 图1平截面形式 抛物线型塔架的塔柱坡度沿高度的变 fII川m化点较多,坡度的变化比较均匀缓和,使塔 ?I…川身轮廊形式近似于抛物线I折线型塔架和 …川fl\抛物线型有些类似,所不同的就是塔柱坡 ……f【\度措高度的变化点比较步,坡度的变化比 l】Ifl\fI\较明显,可以显着的看出塔柱的弯折点{直 『1\『l\』I\线型塔架的塔柱坡度沿高度不变.立面形 』lf11式的选取,对于结构受力的合理性和塔架 抛缸拽量'折境叠'直鳃嗣的造型美观,都有很大的关系.首先应满足 田2立面形式安全使用要求?要根据塔架受力的合理性 来考虑,塔架所受的载荷除白重和顶部垂 直方向的藏荷外,还有水平方向的载荷,主要的水平方向载荷可分为兰类,一是水平分布载荷, 二是水平集中载荷I三是扭力载荷.塔架在水平方向载荷作用下,其结构受力情况与悬臂梁相 似,因此,塔架的设计总是按悬臂式空筒桁架设计.在分布载荷的作用下,塔身的弯矩图形为三 次抛物线曲线图,见图3. 线为最合理.要使塔身截面刚度沿Z轴成弛物线变化,有两个途径:一是使塔身的几何形状成 为弛物线}另一个是使塔身的平截面面积沿高度的变化成抛物线,通常所采用的最有效的办法 是使塔身几何外形造成抛物线形式. 合理地确定塔架的立面形式,有时不单是依据塔架的受力情况.塔身的几何外形的最后确 定,应根据具体情况全面考虑,特别要考虑选材和加工的方便.航管二次雷达的钢结构塔架采 用直线形的,顶部5米高度为直竖结构形式. 2.3塔架的腹杆体系 塔架腹杆体系的布置,不但与结构物的经济效果有关.而且与结构物的使用性能以及造型 美观的关系很密切,所以在塔架设计中,台理地选择和设计腹杆体系,也是一项非常重要的工 作,钢结构塔腹杆体系的种类和形式很多.如图4所示.常用的有:交叉腹杆体系,单斜杆体系, '交叉鹿十『体系(口』单封扦悻吞c)K堠戍丰f阵蓉'dJ再生坦行阜 (a)交叉腹杆体系(b)单斜杆体系(c)K形腹杆体系(d)再生腹杆体系 图4腹杆体系 K形腹杆体系和再生腹 杆体系. 合理地设计腹杆.不 只意味着材料的节约,而 且由于腹杆截面的减小, 相应地减少了整个结构物 的风阻.对于减轻塔架其 它部分的负担.也有比较 显着的效果.本雷达钢结 构塔架的腹杆体系采用交 叉斜杆形式. 2.4塔架的材料选取 本雷达的钢结构塔架 的平截面为四边形,立面 形式为直线型,腹扦体系 为交叉斜杆形式.塔架的 四角有四根承受主要载荷的塔柱塔柱材料的选取是钢结构塔设计的关键,由于圆形截面的风 阻系数比其它截面的风阻系数要小,所以采用圆形钢管作为塔柱是比较合适的.另 外,直径为 160的钢管在风速为40m/s左右时,有着最小的风阻力.根据材料手册提供的材料, 我们选 择直径×厚度一159×7的无缝钢管作为雷达工程样机钢结构塔的塔柱.其它杆件 材料分别 为: 横杆:钢管直径×厚度=100~6 垂直斜杆:钢管直径×厚度=75X5 水平斜杆:钢管直径×厚度=50×4 以上选取的材料及其规格为本雷达工程样机的塔架所使用的,本文依据现有的塔 架,在其 基础上进行分析和计算. 3塔架所受的载荷 本雷达钢结构塔所受的载荷有: 17 (1)风荷}? (2)天线系统的风荷f (3)顶部设备重; (4)自重} (5)冰雪载荷} (6)温度应力和变形}? (7)其它载荷. 其中前四项为主要载荷,在进行塔架的计算时必须加以考虑. 3.1塔架的风荷 钢结构塔架所受的风阻力可用下列近似公式?计算: F=C?q?A. 式中: F一塔架所受的风阻力(N) c一塔架的风阻力系数查图5 q一动压头q=V./16kg/m cA.一塔架一个面的各杆件的迎风面积之和(m.) ? Ca)圜秆e>35×【0s (bI圈杆R6<35x1舻 (e]苒它量材 ")四抨Re>3.5X10' (b)圈杆Re<3.5X10' Co)其它型材 图5风阻力系数 3.2天线系统的风荷 取塔顶风速和地面风速相等,由于塔架所 有杆件的雷诺数:R—V?D/.都大于3.5× 105,而塔架的实体比:=0.2,故由图5查得 塔架的风阻力系数c—1.8, 塔架的迎风面积lA.=15.8m. 计算得塔架一个面所受的风阻力为: F一2988(N) 为了简化计算,在风载荷计算过程中.所有 杆件的连接板和扶梯的挡风面积都没有考虑, 另外对四边形结构来说.当风沿对角线方向作 用时,风载荷的计算要作适当的修正,综合考虑 各种因素,将上述计算得到的风阻力提高 25,所以: F,=1.25×F一3725(N) 天线系统的风荷包括天线所受的风荷和天 线座所受的风载荷两个部分,这些风载荷晟终将传递到钢结构塔架上,现将天线系 统的风荷归 列于表l. 3.3塔架受力简化 前面已求得塔架所受的风阻力以及天线系统的风阻力和风力矩,所有这些载荷最 终都作 用在塔架的不同部位,为了对塔架进行计算的方便,故有必要对各载荷进行简化. 即建立钢结 构塔架的力学模型. (1)塔架的风阻力简化到塔架一个面的27个节点上,设各个节点的受力相等.风阻 力的方 】8 向为水平方向,则每个节点受到的水平力为:138(N). 图6塔架的力学模型 方向力的分量. 塔架的力学模型如图6所示. 通过简化折算,得到A,B,C和D 表j 天线风荷天线座风荷 F,(N)6439408 yCN?m)312O不计 M(N?m)4037不计 距塔顶(mj2.550.9 (2)天线系统的风阻力和风力矩以及塔架顶 部的设备重量简化到塔顶的4个结点A,B,C,D点 上.其中风阻力简化成A,B,C,D点的Z方向力的分 量和一个附加力矩;方位风力矩M简化成A点,D点 x方向力的分量组成的力矩以及B点,C点Z方向力 的分量组成的力矩之和l俯仰力矩M和风阻力的附 加力矩以及设备重量简化成A,B,C,D4个结点Y 4节点的各载荷的分量值,如表2所示. 表2 A点B点c点D点 X(N)780不计不计一78O Y(N)一d266——4266—12734—12734 lz(N)一1725—2505—9d5——1725 雷达钢结构塔结构形式和力学模型确定以后,就可以对塔架进行有限元分析和优 化设计. 19