李 波

（滨州学院 建筑工程学院， 山东 滨州 256600）

0 引言

生命线工程是指与城市的正常运行密切相关、对国计民生有重大影响的工程系统[1]，而通信系统又是生命线工程的重要组成部分，所以研究通信系统中的通信塔抗震性能尤为重要 ，了解铁塔结构的屈曲变形规律是准确进行抗震性能研究的关键。本文针对目前在通信系统中常用的三管塔，利用有限元软件建立模型，对其进行屈曲分析，探究在不同振动模态下三管塔的屈曲变形规律，为其抗震性能设计和评估提供理论依据。

1 计算模型

本文选用中国铁塔股份有限公司标准图集[2]中的50m高三管塔作为算例，假设分析场地为Ⅱ类场地，结构设防烈度取为8度，地震分组为第二组。采用大型有限元软件ABAQUS建模分析计算，铁塔结构采用BEAM单元模拟要比Truss单元模拟更好[3]，故本文模型中竖向支撑、斜材以及板材均采用BEAM单元。材料本构采用双折线本构模型，采用Q235型钢，钢材屈服强度取为235Mpa，铁塔底部按固结考虑，塔顶天线及平台自重按集中荷载加在相应位置，50m高三管塔有限元模型如图1所示。

2 屈曲分析

对于钢结构铁塔来说，受压支撑构件一般在其达到极限承载力之前整体结构就会丧失稳定性[4]，所以对于铁塔这种高耸结构来说，失稳破坏即为最主要的破坏形式，压杆的整体失稳形式主要有弯曲、扭转和弯扭。在地震和风荷载作用下，结构同时承受水平力和竖向荷载，表现为弯曲破坏。高耸铁塔属于大变形小应变结构，其初始缺陷和初始弯曲不能忽略，本文利用ABAQUS中Buckle分析步对结构进行屈曲分析，得到50m三管塔前3阶屈曲变形如图2所示。

图2 三管塔屈曲变形模态图

3 结论与建议

通过ABAQUS屈曲分析（Buckle分析步）结果可知，50m高三管塔在自身重力和地震力作用下，结构的基本模态（前两阶）均属于整体弯曲失稳；第三阶屈曲变形模态属于扭转变形，在此类屈曲变形情况下，结构将发生弯扭失稳。明确了结构的屈曲失稳破坏模式，在结构设计过程中，就应相应的加强薄弱部位，尤其是避免弯扭失稳破坏模式的发生，对提高通信铁塔的抗震能力具有重要意义。

图1 三管塔有限元模型

[1]谢甫哲,舒赣平. 单管通信塔非线性分析与研究[C]. 第五届全国现代结构工程学术研讨会论文集.广州,2005:1385-1393

[2]中国铁塔股份有限公司. 通信铁塔标准图集[S]. 2015.

[3]Phill-Seung Lee, Ghyslaine Mcclure. Elastoplastic large deformation analysis of a lattice steel tower structure and comparison with full-scale tests [J]. Journal of Constructional Steel Research, 2007, 63:709-717.

[4]王炳宇.钢结构的失稳分析及稳定性设计探讨[J].门窗,2012,5:93-94