不同螺栓连接内外双圈法兰的轴拉承载力研究

随着电网建设的快速推进,输电塔结构日益大型化,对节点的安全可靠性提出了更高的要求。钢管外圈螺栓连接的常规刚性法兰连接形式难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔的承载力要求,因此提出一种新型内外双圈螺栓法兰节点来克服传统刚性法兰存在的缺陷。以某大跨越塔为背景,设计配置螺栓强度等级不同的内外双圈法兰缩尺试件,并开展轴拉承载力对比试验,重点探讨外内圈螺栓荷载分担比例以及螺栓强度等级对其的影响。同时,进行内外双圈法兰轴拉承载力特性的非线性有限元模拟,考察内外双圈法兰的承载力特性。试验及有限元分析结果表明:内外圈螺栓的拉力分配合理,内外双圈法兰连接形式安全可靠;提高螺栓强度等级可有效减缓上下法兰板间张开量的发展趋势;当配置内外不同强度等级的螺栓时,外内圈螺栓轴拉力的比值随着荷载的增大而增大。     

钢管塔新型内外法兰节点试验研究与有限元分析

提出了一种适用于钢管塔的新型内外法兰节点连接形式,阐述了该法兰的特点,指出其内外圈螺栓拉力的确定是该法兰节点设计的关键。为考察这种内外法兰节点的受力性能、破坏模式及内外圈螺栓的拉力,以榕江大跨越塔为背景,进行了2个内外塔脚法兰节点的大尺寸缩尺模型静力试验。同时,对试验模型进行了有限元非线性数值分析。试验与有限元分析结果表明:这种法兰节点受力合理,可用于实际工程;榕江大跨越塔新型内外塔脚法兰节点是安全可靠的。最后,结合试验与有限元参数分析结果,建议实际工程中在进行内外法兰节点设计时,当内外圈螺栓规格相同时,其外内圈拉力比值可统一取1.0;当内外圈螺栓规格不同时,建议外内圈螺栓直径相差不宜超过2个级别,其拉力比值可取为1.1。     

大跨越钢管塔内外法兰连接节点纯弯承载力特性试验研究

钢管外圈螺栓连接的常规刚性法兰连接形式难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔连接承载力要求,提出一种新型内外双圈法兰节点形式来解决传统刚性法兰的承载力不足。以某大跨越塔为背景,设计内外法兰的缩尺模型试验,开展了纯弯荷载下内外法兰的承载性能试验,考察其承载力特点、传力机理及计算理论。分析荷载增大过程中主管、连接螺栓应变的变化情况,得到法兰连接界面上的中和轴、旋转轴位置及内外螺栓内力分布规律。同时,建立内外法兰的非线性有限元模型分析内外法兰承载力特性,重点考察了连接螺栓的传力特点。基于试验及有限元分析结果可知:随着荷载的增大,法兰板间发生张开,螺栓发生颈缩破坏;内外法兰的抗弯承载力设计时,连接螺栓旋转轴位置可取距离管中心0. 6R处(R为主管半径)。     

大跨越钢管塔内外法兰节点偏压承载力特性试验研究

传统刚性法兰仅在钢管外侧设置一圈连接螺栓,难以满足高度高、荷载大的大跨越钢管塔连接承载力要求。为此,提出一种新型内外双圈法兰节点,它克服了传统刚性法兰存在的不足。以某大跨越钢管塔为背景,设计了与内外法兰原型节点相对应的法兰缩尺模型,模拟实际偏压受力工况开展偏压荷载下内外法兰承载力特性的试验研究;测试分析主管及螺栓应变随荷载变化的情况,研究内外法兰截面的中和轴、旋转轴位置及内外螺栓内力分布规律。大偏压荷载作用下法兰板间发生张开,螺栓发生颈缩破坏,小偏压荷载下钢管发生局部失稳破坏。最后,提出偏压荷载作用下内外法兰设计时,计算连接螺栓拉力可以取旋转轴位置为距离管中心0.6R(R为主管半径)。     

输电钢管塔双层塔脚法兰受力性能试验研究及有限元分析

提出了一种适用于输电钢管塔塔脚的双层法兰节点连接型式,指出其上、下法兰板厚度的确定是该法兰节点设计的难点。为分析双层塔脚法兰的受力性能,以榕江大跨越塔工程为背景,设计了1：2.9缩尺模型试件进行静力试验,并对试验模型进行有限元非线性数值分析。结果表明：双层塔脚法兰受力合理,可用于实际工程;在进行双层塔脚法兰设计时,其螺栓、肋板及焊缝可按传统法兰设计;上、下法兰板厚度可按三边固支一边自由的矩形板受等效均布压力计算确定;鉴于上法兰板实际受力性能比等效均布荷载作用下差,其荷载应进行调整,建议调整系数取1.6;对于下法兰板,由于实际受力时三边约束与理论计算时存在差异,其厚度可以折减,建议折减系数取0.85。     

基于有限元分析的变电站构架柱顶避雷针法兰节点螺栓拉力计算

钢管避雷针法兰连接节点螺栓拉力的准确计算是节点安全的重要保证。应用有限元软件ABAQUS,针对750 kV变电站构架柱顶避雷针刚性法兰连接节点在纯弯矩作用下的性能进行了有限元数值模拟,根据节点螺栓拉力和法兰接触面压应力的分布,对影响节点法兰面中性轴、转动轴位置及其影响参数进行了分析,拟合出节点最大受拉螺栓拉力的近似计算公式。与现行相关规范计算公式的对比结果表明,公式具有更高的计算精度。     

钢管填充混凝土对内外法兰节点抗弯承载力特性影响研究

特大型钢管结构(如大跨越输电铁塔等)主材内力及直径均非常大,钢管接长后采用传统刚性法兰连接不能满足承载力要求且不经济。在钢管内外侧均设置连接螺栓,形成钢管内外法兰。并针对钢管填充混凝土与否,设计并制作钢管内外法兰及钢管混凝土内外法兰试件,开展2种内外法兰抗弯承载力性能试验、有限元模拟分析和抗弯旋转轴计算理论研究,考察其承载力特性、传力机理及旋转轴位置。分析加载过程中连接螺栓、钢管及混凝土应变的发展情况,得到法兰啮合面旋转轴位置及内外螺栓内力分布规律。研究表明,钢管混凝土内外法兰受弯时可以避免钢管发生局部屈曲,提高了法兰节点整体抗弯刚度;且随着荷载的增大,法兰板张开,混凝土开裂,螺栓发生颈缩破坏。钢管内外法兰及钢管混凝土内外法兰抗弯承载力设计时,连接螺栓旋转轴位置分别可取距离管中心0.6R,0.8R(R为钢管半径)。     

反向平衡法兰有限元分析

目前,风力发电机各段塔筒多采用进口厚型锻造法兰连接,其生产加工成本高、周期长。反向平衡法兰是一种新型节点,可应用于受疲劳荷载作用的风力发电机塔筒连接;与反向平衡法兰配套的施工器具一高强螺栓液压张拉器是保证风力发电机塔筒刚性连接的重要技术措施。本文利用通用有限元软件ABAQUS对该法兰的静力和疲劳性能进行弹塑性分析,并分析了高强螺栓液压张拉器张拉反向平衡法兰螺栓的过程及螺栓预拉力损失。结果表明：反向平衡法兰受力明确,具有足够的安全储备,满足1000万次疲劳寿命要求;有限元手段能较好地模拟张拉过程,分析得到的预拉力损失与试验结果接近。     

500kV吴淞口大跨越塔柔性法兰原型试验研究

通过 5 0 0kV吴淞口大跨越塔柔性法兰原型试验 ,较为系统地研究了柔性法兰的受力过程、破坏形态、承载力和变形等 ,重点研究了法兰板厚度、螺栓外边距以及螺栓直径等对法兰板和焊缝受力性能的影响。研究表明 ,柔性法兰具有良好的受力性能 ,在 5 0 0kV吴淞口大跨越塔工程中应用柔性法兰是安全可靠的     

圆钢管刚性异形法兰轴拉承载力特性分析及设计方法

钢管塔结构构件普遍采用圆形法兰连接,大型杆塔的交叉材、斜材与主管相贯连接,支管采用与其垂直的圆形法兰连接接长;该连接法兰在一定程度上增大了节点域尺寸,可能造成节点过大给镀锌及运输带来困难。为此,研究开发一种法兰盘面平行于主管轴线的新型异形法兰。该法兰盘面形状为椭圆形,以法兰盘面与支管夹角为参数,开展轴拉荷载作用下刚性异形法兰承载力特性的非线性模拟,考察其轴拉荷载-变形特性及连接螺栓的受力特点。新型异形法兰轴拉承载力与圆形法兰基本具有相似的特性,但在轴拉荷载增大过程中,由于法兰盘面滑移导致连接节点轴向位移突然增大,荷载-变形关系继续线性增大并进入弹塑性阶段;滑移荷载与夹角和预紧力大小有关。连接螺栓受拉剪共同作用而发生弯曲,其应力最大位置位于两侧法兰板接触面。最后,提出异形刚性法兰的设计方法,包括法兰板、加劲肋及连接螺栓的强度设计理论。     

特高压大跨越输电塔动力特性和风振响应分析

针对特高压大跨越输电塔跨越档距大、塔体高且负荷重的特点,从材料选取、导线排列方式、结构动力特性以及风振响应等几个方面对1 000 kV特高压双回路跨越输电塔进行分析,总结了所研究塔型的动力特点,对其风振系数进行了计算和讨论,并根据动力特性分析提出了结构设计中风振系数的取值方法。结果表明:风振系数具有较大的离散性,不同塔身高度应取不同的值进行计算;该方法为特高压大跨越输电塔的结构设计提供了参考。     

大跨度钢-混凝土组合梁分析与设计

结合某工程大跨度钢一混凝土组合梁设计,通过对混凝土楼板和钢梁上、下翼缘厚度的优选分析,针对组合梁中混凝土翼板厚度和钢梁截面的选取方法以及梁柱连接和梁梁拼接的节.k设计与构造措施提出了一些设计建议,可供类似工程设计参考.     

新型锻造法兰抗弯承载性能的有限元分析

针对大尺寸的输电线路钢管杆塔,提出一种新型内外锻造法兰的节点形式,对该法兰节点在受弯情况下的特性和受力状态进行系统分析。以白花洞电杆为研究背景,利用有限元分析软件ANSYS进行非线性分析,重点考察新型内外锻造法兰的螺栓受拉情况和法兰盘受力情况,并研究主要参数对螺栓拉力的影响。通过研究得出该法兰的受弯性能和理想的参数组合,以供实际工程设计时参考。     

Ermüdungssichere Bemessung vorgespannter Ringflanschstöße unter Berücksichtigung von Flanschimperfektionen

Fatigue design of preloaded ring flange connections taking flange imperfections into account. The fatigue life of the bolts in preloaded ring flange connections may drastically drop when there are gaps between the flange contact surfaces before preloading the bolts (“flange imperfections”). Preloaded ring flange connections are often used as site joints in tower‐like steel structures, e.g. in tubular towers of wind turbines (WEA). The fatigue‐detrimental effects of flange imperfections have been comprehensively investigated at the University of Essen. The conclusions to be drawn from it with regard to a fatigue‐safe design are described and commented in the present paper, based on the relevant rules in the new DIBt‐guidelines for WEA. Two calculation models are presented how to take flange imperfections approximately into account in the fatigue design. For the redeveloping of a site joint, which during erection turns out to be too imperfect, the method of packing the gaps is discussed.     

Numerische Untersuchungen zur Ermüdungsbeanspruchung vorgespannter Ringflanschstöße mit Imperfektionen

Numerical investigations on the fatigue‐relevant bolt stresses in preloaded ring flange connections with imperfections. For the structural design of preloaded bolted ring flange connections in tower‐like steel structures (e.g. chimneys or wind turbine tubular towers), the fatigue assessment of the bolts is very important. Gaps between the contact surfaces before preloading (so‐called flange imperfections) may have a negative influence on the fatigue‐relevant bolt stresses. A FE‐model for imperfect ring flanges was built up and validated by means of the results of large‐scale tubular bending tests on flange connections. With the validated FE‐model, a parametric study on imperfectly simulated L‐flange connections having realistic dimensions of typical wind turbine towers was performed. The results enable differentiating the various gaping forms with regard to their negative influence on the bolt fatigue. This influence may not be neglected when assessing the fatigue safety of the bolts.     

钢结构构件连接法兰板角度控制技术

钢结构构件(如梁、柱)接长或构件间连接接头一般采用法兰板高强螺栓连接,具有方便快捷,质量容易控制的优点.对钢构件加工时法兰板角度控制技术的几种做法进行分析对比,对传统做法进行改进,形成了企业自有的专利技术--角度控制尺.通过这种工具式控制方法,使得钢构件法兰板安装角度准确、快速,大大提高工程结构构件安装的平整度和顺直度...     

方钢管混凝土柱-钢梁节点承载力试验研究

基于隔板贯通节点在地震作用下的破坏调查结果,提出了一种改善钢梁翼缘与隔板连接处受力性能的新型节点--倒角放坡型隔板贯通节点。对7个十字形节点试件进行了静力拉伸试验,研究了隔板贯通式连接中方钢管混凝土柱与钢梁受拉翼缘的连接性能,分析了钢梁翼缘与隔板连接构造以及浇注孔直径、隔板厚度、钢管的宽厚比等参数对节点局部受拉承载力的影响,并将试验得到的承载力与规程公式计算结果进行了比较。研究结果表明:倒角放坡型隔板贯通节点具有较好的承载力和延性;影响节点承载力的主要因素是隔板的厚度、浇注孔径和钢管的宽厚比,在钢管中填充混凝土有利于提高节点的屈服承载力和刚度;对于填充混凝土的试件,采用公式计算节点承载力偏于保守。     

Numerical analysis and full‐scale experiment on K‐joint deformations in the crank arms of lattice transmission towers

After completion of the construction process including wire stringing of 1,000 kV ultrahigh voltage (UHV) cat‐head electric transmission towers, the outward horizontal K‐joint deformation of one side crank arm may usually exceed 70 mm. Joint slip effects were ignored in the initial structural design of transmission towers, which induced that the calculated K‐joint displacements are much lower and the real deformation cannot meet with the requirement of the acceptant code. First, the shortcomings of the traditional unit load method used to calculate the displacements of transmission towers connected by bolt joints were analyzed. Second, a coefficient for describing the axial force state of bolted joints was proposed. The connection numbers for different types of members in the crank arms of a UHV cat‐head transmission tower were determined. The traditional unit load method was enhanced by importing the force state coefficient and specifying the detailed connection numbers. The K‐joint displacements calculated by the enhanced formula were compared with the experimental results by full‐scale tower experiment. It shows that the enhanced unit load method is suitable for calculating K‐joint deformations in the crank arms of UHV cat‐head transmission towers. Lastly, contribution weight coefficients of different members for K‐joint displacements of the UHV cat‐head transmission tower were calculated by the enhanced unit load method. For bolt joints connected with the tower members with high contribution weight coefficients, the manufacturing accuracy of bolt holes should be improved, and the bolt clearance should be decreased, which can significantly reduce the K‐joint deformation of UHV cat‐head transmission towers.