桅式结构荷载计算

桅杆结构是高次超静定的空间体系，杆身为承受轴向压力和横向力的弹性支 座连续梁(见梁的基本理论)，纤绳为斜拉于杆身的预应力柔索，纤绳与杆身连接的结点形成非线性支座，受力较为复杂。常用的桅杆静力计算方法有两种:弹性支座连续梁法和矩阵位移法。

弹性支座连续梁法 一种简化的方法。纤绳与杆身分别独立计算，利用每层纤绳的变形协调条件和结点平衡条件，分别计算各层纤绳拉力，结点位移和结点刚度。然后按多跨弹性支座连续梁计算杆身，利用各结点支座的连续条件和平衡条件计算结点弯矩、结点反力和结点位移，再用结点反力重新计算每层纤绳，重复上述计算直至两次计算结果接近为止。这种方法只适用于纤绳对称布置的结构。

矩阵位移法 适用于纤绳任意布置的桅杆。这种方法考虑空间荷载、纤绳结点的非线性特征、杆身轴向变形和扭转变形的影响，用矩阵位移法建立正则方程。可把纤绳结点间的杆身作为梁单元，或把空间桁架的杆件作为杆单元，建立单元刚度矩阵，纤绳也作为特殊的有横向荷载的杆单元。这两种方法都能反映纤绳和杆身的共同作用，满足其变形的连续条件。后者较精确，但计算工作量也较大。此外，还可考虑大位移的影响，对刚度矩阵不断作出修正，得到更为精确的结果。采用矩阵位移法时，一般需编制标准程序，用电子计算机计算。

在风荷载或地震作用下，杆身和纤绳都发生振动，两者相互影响，使桅杆形成一个复杂的动力体系。桅杆的自振周期和相应的振型，可按多自由度体系考虑空间振动进行计算，即将每层纤绳质量归并到该层结点上，与杆身合成一个集中质量，按力法或位移法列出桅杆自由振动方程，使方程的系数行列式为零，求得自振频率和相应的振型曲线。

刚度和稳定 桅杆的刚度应根据工艺要求确定，根据静力计算得到的桅杆结点最大水平位移，一般不超过结点所在高度的百分之一。

桅杆的稳定分局部稳定和整体稳定。局部稳定包括组合构件中压杆的稳定，单根钢管筒壁的压屈稳定，纤绳结点间杆身的偏心受压稳定等;局部稳定可依靠选用合适的横截面得到保证。整体稳定有两种计算方法:①将杆身作为多跨弹性支座压弯杆件，以结点位移为未知数，推导出结点平衡方程组，其系数是轴向力函数。使方程组的系数行列式为零，从而求出桅杆整体稳定的临界力，临界力与实际力的比值为安全系数。一般情况下，安全系数不小于1.5~2.5。由于杆身的轴向力与外荷载不成正比关系，此法有一定误差。②以前述矩阵位移法为基础，在解方程组时，以大于1的系数k乘外荷载作用在桅杆上，如迭代过程收敛，说明桅杆在这种荷载作用下保持整体稳定。然后，再逐步增大k值,直到迭代过程发散为止。发散前一次的k值,就是桅杆整体稳定安全系数。

桅杆的整体稳定与杆身纵向力和结点刚度有关，纵向力过大或结点刚度不足，容易失稳。一些工程实践证明:桅杆丧失整体稳定的原因,大多是结点刚度偏小,特别是中间结点刚度不足，造成杆身弯曲而产生附加弯矩，从而导致整体失稳。若增加纤绳初应力，虽然能提高结点刚度，但同时会增加杆身纵向力。因此，每一个桅杆结构方案都要通过分析比较，才能找出最合适的加强整体稳定和改善结构受力的措施。

桅式结构

构造:桅式结构由纤绳、杆身和基础组成。

纤绳:纤绳层数一般随桅杆高度增大而加多，纤绳结点间距以使杆身长细比等于80~100左右为宜,可等

距或不等距布置。不等距布置时，宜从下到上逐层加大间距，使杆身各层应力大致相等，结构较为经济。一般每层按等交角布置三根或四根纤绳，其倾角为30°~60°，以45°较好。同一立面内所有纤绳可相互平行，每根纤绳有一地锚基础;或交于一点，共用一地锚基础。纤绳常用高强镀锌钢丝绳，用花篮螺丝预加应力，以增强桅杆的刚度和整体稳定性。

杆身:按材料可分为钢、木和钢筋混凝土结构。钢结构杆身常采用单根钢管或组合构件，单根钢管可用无缝钢管或卷板焊接钢管。组合构件为三边形或四边形空间桁架结构(图2)。 其弦杆和腹杆由角钢、圆钢、钢管或薄壁型钢制成,其中圆形截面风阻较小,采用较多。对于四边形截面的桅杆要每隔一定高度布置横膈，以防截面变形。组合构件之间常用焊接以简化构造。为了便于制造、运输和安装，杆身可划分成若干等长度的标准节段，节段两端用法兰盘或拼接板相互连接。节段长度根据所用材料、施工和经济条件确定。木结构杆身采用单根圆木或组合木构件，用拼接钢板连接。钢筋混凝土结构采用离心式灌筑的预制管柱构件，以法兰盘连接。 桅式结构

基础:基础分杆身下面的中央基础和固定纤绳的地锚基础。中央基础为圆的或方的阶梯形基础，承受杆身传来的力。地锚基础承受纤绳拉力，有重力式、挡土墙式和板式。重力式地锚依靠结构自重抵抗纤绳拉力，耗用材料较多。挡土墙式地锚埋入地下，依靠自重、水平板上的土重，以及竖向墙板上的被动土压抵抗纤绳拉力。板式地锚深埋土中，由与纤绳同向的拉杆和垂直于拉杆的钢筋混凝土板组成，地锚受拉时，板上产生被动土压抵抗纤绳拉力。这种地锚比较经济。在岩石地基中，地锚基础做成锚桩形式。

分为整体安装和分散安装。

将杆身节段在安装点附近地面卧拼，在基础处设一桅杆支座铰，利用卷扬机和把杆，将桅杆绕支座铰整体竖起来。对于较小的桅杆也可用起重机把杆起吊一次就位。这种方法由于把拼装工作放到地面上进行，施工比较方便，质量易于保证，但需要增加起重设备，还要特别注意安全，避免在吊装过程中桅杆失稳。

利用爬行起重机或把杆将杆身节段和纤绳逐节由下向上安装，起重机或把杆附在杆身上，随着安装而升高。另一种方法为倒装法,在地面设安装架,先装上段再装下段，逐段安装逐段顶升，并用临时纤绳保持稳定。分散安装法设备简单、安全可靠，因此得到广泛采用。

塔一般均简化为静态进行分析，对于风、断线、地震等 动荷载，通常在静力分析的基础上，分别乘以风振系数、断线冲击系数、地震力反应系数来考虑动力作用。

输电线路塔的内力计算，与塔式结构和桅式结构相同，但须考虑下列两个问题:

①导线风荷载对塔的作用。由于导线的支点间距较大(一般为200~800米)而横向摆动的周期较长(一般为5秒左右),故应考虑风沿导线的不均匀分布及导线对塔的动力效应。20世纪60年代初，许多国家的电力部门曾用实际的试验线路来测定导线在大风作用下的最大响应，并据此制订了实用计算法，其中有的已纳入本国的规程，但是由于受地形、测量仪器的精度、分析水平等各种因素的限制，这些实用计算方法还不能精确反映出真实情况。70年代中期，开始应用随机振动理论分析阵风作用于导线对塔引起的动力响应，这种建立在实测资料基础上并用统计概念及谱分析估计结构响应的概率峰值的方法，比较符合风的特点。

②断线力对塔的作用。导线突断时对塔的冲击荷载在极短的时间内达到峰值，并且各个部位的相对值大小不一，是一种复杂的瞬态强迫振动，要作理论计算比较困难。一般是根据现场试验实测数据获得冲击力的峰值，并据此制定出实用的"断线冲击系数"，其值为 1.0~1.3，视电压的高低、塔的类型、不同的部位而定。

发射或接收无线电波所用的塔式结构和桅式结构，用来作无线电发射天线的辐射器或发射和接受天线的支持物。主要用于通信、广播、电视、雷达、导航、遥测遥控等方面。通信和广播主要用长波、中波、短波(通信也可用微波)传递信号;电视用超短波和微波传递信号;导航主要用中波传递信号。

用于长波、中波和短波的无线电塔高取决于波长(频率)、地导系数、传播距离等因素;用于超短波和微波的无线电塔高取决于传播距离。超短波和微波的传播距离等于发射天线沿地表面切线直至接收天线之间的距离。对于较平坦或稍有丘陵起伏的地形，传播距离可按下式计算(公里)式中HT为发射天线高度;HR为接收天线高度(米)。当实际距离大于上式所求得的传播距离时，需在中间设置中继塔。