如果结构经受大变形，它变化的几何形状可能会引起结构的非线性地响应，大变形包括大位移和大转动。一些结构在外荷载作用下，尽管应变很小，甚至未超过弹性极限，但是变形较大，这时必须考虑变形对结构平衡的影响，即平衡方程应建立在变形后的位形上，同时应变表达式也应包括位移的二次项。这样一来，平衡方程和几何关系都是非线性的。这种由于大位移和大转动引起的非线性问题称为几何非线性。二阶效应的定义：建筑结构在某方向外荷载作用下产生较大变形，同时在其他方向的外荷载作用下，使结构位移进一步增加且引起结构内部各构件产生附加内力。这种使结构产生几何非线性的效应，称之为二阶效应。由于二阶效应的影响，将降低结构的承载力和结构的整体稳定性。
常规线路的角钢塔设计过程中，通常将铁塔的所有构件视为二力杆，即各杆件两端均为铰接，承受外荷载作用时杆件只产生轴力而不产生弯矩。由于角钢的截面惯性矩较小，杆件抗弯线刚度相应较低，上述假定一般是成立的。但当铁塔发生较大的变形时（我们常遇到的是基础顶面发生沉降，滑移或塔头发生倾斜），这时即便铁塔结构有较大裕度，也可能会产生严重的后果。下面以三个实例来说明这种问题的严重性。
一某塔位因基础沉降和位移发生构件损坏这时一基重冰区耐张塔，从发生险情的气象情况推算，杆塔主材有40%以上的裕度。但由于基础发生了显著的沉降和滑移，从而导致主材被拉裂。
▲腿部主材S型弯曲
▲横隔面被拉裂
二某塔位因基础滑移发生构件损坏这基塔位从设计条件推算，也具有较大的安全裕度，由于AD腿相对B或C腿的高差及根开和设计值存在较大差异，造成铁塔受扭，隔面发生变形，引起水平交叉材被拉裂。
▲塔位变形和破坏趋势示意图
▲CD面水平材弯曲
▲连接CD面的水平材辅材螺栓孔拉断
▲连接CD面的水平材辅材螺栓孔拉断
通过建立梁杆单元，我们分析了完整模型和已变形损坏后模型中，横隔面的应力分布情况。应力变化情况与实际损坏情况是相符合的。
▲横隔面轴力图（完整模型，考虑位移）
▲横隔面轴力图（取消损坏构件模型，考虑位移）
▲横隔面弯矩图（取消损坏构件模型，考虑位移）
三地震次生灾害造成的铁塔损坏地震后，该塔位地表严重变形、错位，塔材也严重变形。B、D腿地表错位最大近1.0m，塔位地表土体已失稳，A腿后侧地表地震裂缝宽度最大可达约60cm，塔位前侧约20m外地表均可见地震裂缝，裂缝宽约10cm。
从现场情况来看，C腿外露约3米，BC腿基础外侧土体发生了明显的沉降，高度约1.2米。A腿外侧护坡局部垮塌。各腿主材均发生了明显弯曲，其中C腿最为严重。另外CD面的部分交叉材已经从节点板脱开，变形严重。各腿的塔脚板没有明显变形，地脚螺栓连接良好，但C腿塔脚板处的斜材有5颗螺栓被剪坏。
▲B腿
▲B腿外侧土体下沉
▲A腿保坎局部垮塌
▲CD侧腿部上方斜材撕裂
▲C腿严重变形
▲C腿严重变形
四小结从以上实例可以看出，设计人员在分析类似问题时，不能只分析铁塔内力大小，而必须高度重视位移和变形对上部结构的潜在影响。
转载至《西南电力设计院送电结构科》