Page 17 - 电力与能源2021年第三期

王固萍, 等: 直接分析法在钢结构变电站结构设计中的应用 2 9
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效简化计算。构件的初始缺陷如图 4 所示。 算方法中可以选择按照直接几何刚度法( 即旧版
考虑 P-Δ 效应) 或者内力放大法; 当采用二阶弹
性设计方法时, 此时柱长度系数设置为 1 且不可
修改, 而且可以选择柱、 支撑是否执行新标准 GB
50017 — 2017 《 钢结构设计规范》 中 5.5.7-2 条稳
定验算。结构缺陷参数中需要考虑结构的整体缺
陷和构件缺陷。

图 4 构件的初始缺陷 3 直接分析法用于变电站模型分析对比
结构和构件采用直接分析法进行分析和设计
时, 计算结果可直接作为承载能力极限状态和正 对5 个220kV 变电站模型进行了对比分析,
钢结构变电站的 主体结构二阶效应系数一般为
常使用极限状态下的设计依据。
0.01~0.03 。根据 GB50017 — 2017 《 钢结构设计
2 直接分析法在计算软件中的实现方式 规范》 中 5.1.6 条的规定, 当 Q i , max≤0.1 时, 可采
Ⅱ
用一阶弹性分析, 因此采用一阶弹性分析法已能
2.1 模型前处理
够满足工程要求。直接分析法与一阶弹性分析计
如果要采用直接分析法对模型进行分析, 在
算结果差异如表 1 所示。由表 1 结果可知, 采用
建模过程中一般不需要采取特别的处理措施, 国
直接分析法仍与采用弹性一阶分析法结果有较大
内大部分设计软件采用的处理方式都是在后处理
不同。
中进行调整。 PKPM 软件和 YJK 软件采用的也
表 1 直接分析法与一阶弹性分析计算结果差异 %
是这种方式。
柱 梁
2.2 模型后处理 变电站 强度 平面内稳定 平面外稳定 强度
在新版本的 PKPM 软件中, 对模型进行分析 宝安 -11.76 45.10 20.78 -13.03
计算时, 可以选择不同的分析方法, 以及确定是否 申瑞 -12.16 36.43 24.42 -13.94
衡山 -12.18 27.40 35.88 -12.92
需要采用二阶效应计算方法。 PKPM 软件已经
剧村 -13.98 19.72 12.78 -13.82
能够采用直接分析法进行计算, 而 YJK 软件无法 森林 -12.72 24.85 19.45 -13.58
设置构件的初始缺陷, 因此无法使用直接分析法。 平均 -12.56 30.70 22.66 -13.46
与 PKPM 软件相比, YJK 软 件 在 系 统 整 体 缺 陷
取值上更有优势, 但是在构件初始缺陷取值上却 4 结语
存在短板。因此, 在实际工程中, 若要采用直接分 目前, 美标、 欧标和我国新版钢结构标准中都
析法进行模型计算分析, 建议使用 PKPM 软件。 引入了直接分析法。时至今日, 以二阶分析法为
在选择分析法时, 软件提供了 3 种可供选择 主考虑结构几何非线性和材料非线性以及初始缺
的设计方法。 陷的直接分析法, 逐步成为各国主要的钢结构分
( 1 ) 如果选择一阶弹性设计方法, 则二阶效应 析设计方法, 并越来越流行于主流工程设计中。
计算方法中可以选择不考虑或者按照直接几何刚 采用直接分析法得出的强度应力计算结果比
度法( 即旧版考虑 P-Δ 效应)。采用一阶弹性设 采用一阶弹性分析法得出的强度应力水平降低,
计方法时, 应考虑柱长度系数; 当采用二阶弹性设 但是平面内稳定和平面外稳定应力都有所增加。
计方法时, 柱长度系数应设置为 1 。 这也就是说, 变电站钢柱可以采用如下优化方式:
( 2 ) 如果选择二阶弹性设计方法, 则二阶效应 减小板厚, 增大截面高度和宽度, 即采用更加薄壁
计算方法中可以选择按照直接几何刚度法( 即旧 的大截面, 来达到减少用钢量的目的。通过对 5
版考虑 P-Δ 效应) 或者内力放大法; 当采用二阶 个220kV 变电站主控楼结构模型的计算, 直接分
弹性设计方法时, 此时柱长度系数设置为 1 且不 析法计算得到的柱的强度应力比一阶弹性分析计
可修改。结构缺陷参 数中需要考虑结构的整体 算得到的强度应力平均降低了 12.56% , 平面内稳
缺陷。 定应力和平面外稳定应力则分别增大了30.70% ,
( 3 ) 如果选择弹性直接分析法, 则二阶效应计 ( 下转第 303 页)