直缝钢管轴压稳定性能研究

直缝钢管已广泛应用到钢管塔桁架结构中,应用到的钢材牌号主要是Q345和Q420,随着当前钢铁冶金和钢管加工工艺的日益加强,钢管轴压承载性能逐渐提高,但近期对此类钢材轴压杆的稳定性能研究还很少。对98根径厚比限值范围内的Q345和Q420未镀锌直缝钢管进行轴压试验研究。基于试验和有限元分析结果,分析了该类构件的整体稳定性能,总结了其失稳变形特征,并将其稳定承载力与规范值进行对比分析。提出了两端铰接的Q345钢管和Q420钢管在轴心受压构件稳定设计时所取截面分类,为今后钢结构设计提供基础性研究数据。     

Q460高强钢管径厚比限值试验研究

当钢管的径厚比超过一定限值时,钢管构件受压时局部屈曲先于整体稳定破坏,使构件不能全面积承载,从而会加速构件整体失稳而丧失承载能力。输电线路中对于大径厚比钢管使用的限制主要以径厚比限值来实现。通过国内外规范对比、18组钢管构件轴心受压试验和理论分析相结合的方法,研究分析了Q460钢管径厚比及其长细比与钢管承载力的内在关系,并得到Q460钢管径厚比限值,该限值的试验验证对目前输电线路钢管塔设计具有指导意义。     

薄壁离心钢管混凝土构件的正截面强度计算

本文主要目的是在大量的轴压、偏压短柱和受弯构件试验的基础上,就薄壁离心钢管混凝土构件的正截面强度计算问题进行探讨。     

输电杆塔用Q420钢管轴压稳定性能试验研究

文中分析比较了国内外不同设计规范关于高强钢轴压稳定承载力计算理论,开展了不同长细比Q420高强钢管轴压稳定承载力试验。试验中钢管均发生极值点整体失稳破坏,加载结束时1/2长度截面附近局部屈曲变形明显。计算分析不同长细比Q420高强钢管轴压稳定承载力与其试验值进行比较,长细比小于60的钢管稳定承载力试验值与计算值较接近,长细比大于60的稳定承载力试验值与计算值相差较大,按我国《钢结构设计规范》中的b类截面、日本钢规《AIJ1990》、加拿大输电规范《S37-94》及欧洲钢规《BS EN 1993》的轴压承载力计算值略偏于保守,均可以满足工程应用。     

玻璃钢复合材料轴压构杆稳定性分析

纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer, FRP)是建造输电杆塔结构的理想材料之一。介绍了FRP轴压构件的弹性屈曲理论,并根据试件的极限承载力试验值得到了试件的等效初弯曲率,以此来考虑初弯曲、残余应力和端部套管等因素的综合影响。在此基础上推导出了FRP轴压杆件的临界应力和稳定系数的计算公式,并研究了径厚比和老化对FRP轴压构件稳定系数的影响。     

大规格高强度角钢构件轴压承载力计算方法研究

大规格高强度角钢构件是指肢宽不小于220 mm、肢厚不小于20 mm,材质为Q420及以上的角钢构件,其在输电线路工程中已开始应用,但对于大角钢构件轴压承载力计算方法尚缺乏深入研究。针对输电线路工程常用的大角钢构件展开试验研究。根据试验结果,提出大角钢构件轴压承载力计算方法,并与国外主要规范计算结果进行比较,结果表明:该计算方法具有较好的可靠性。针对某输电塔,分别按照b类截面、推荐计算方法进行设计,采用推荐计算方法设计时,输电塔重可降低1.8%,具有较好的经济效益。     

组合方柱轴压承载力简化计算方法

为了促进FRP-混凝土-钢管组合方柱在水利工程中的应用,本文根据13根组合方柱的轴压试验,分析了空心率、钢管径厚比和FRP布层数等对其轴压承载力的影响,建立了组合方柱轴压承载力的简化计算模型;基于该模型并结合对本文和相关文献试验结果的统计分析,提出了考虑FRP约束程度、空心率和钢管径厚比影响的组合方柱轴压承载力计算公式。研究结果表明:由于外层FRP管和内层钢管对夹层混凝土有较大约束,组合方柱轴压承载力得到显著提高;外层FRP管约束程度和内钢管径厚比对组合方柱轴压承载力有较大影响;当钢管径厚比接近时,组合方柱轴向承载力随空心率的增大而增大;组合方柱轴压承载力计算公式的计算值与试验值符合较好。     

轴心受压承载力试验构件计算长度修正方法

对L100×7、L110×7两种截面规格的角钢构件进行了轴心受压承载力试验,提出了一种剔除非理想铰接支座的影响,获得试验构件真实计算长度的方法。采用有限元对该方法进行了验证。最后采用现行规范方法计算得到了构件的轴压承载力值,并与试验值进行了比较分析。结果显示,采用真实计算长度得到的单角钢轴心受压承载力相比采用名义计算长度提高了近30%,与试验值相差约10%~12%,与真型塔试验结果非常吻合,该方法可以用于轴心受压试验构件的计算长度修正。     

浅谈单杆式钢管避雷针的设计

单杆式锥形钢管避雷针主要受风荷载作用 ,为节约钢材 ,宜取径厚比大的管材。但径厚比越大 ,越容易失稳。在强度计算时应取最大风速工况 ,按纯弯构件进行计算。     

钢管发泡混凝土构件径厚比的确定及应用

通过对薄壁钢管与内部发泡混凝土的相互作用分析,可以得出钢管发泡混凝土构件的应力-应变关系及二者间的作用力,推导出钢管出现局部屈曲的临界应力和临界径厚比;参照以往钢管制作工艺的研究成果,确定出钢管加工制作要求的最大径厚比。以上二者结合,可以确定钢管发泡混凝土构件径厚比为180,从而突破GB 50017—2003《钢结构设计规范》规定的径厚比的限制。钢管发泡混凝土构件,由于发泡混凝土很轻(密度300~500 kg/m3,又可以制成实心或空心钢管发泡混凝土构件,使得管材非常轻便。由于采用了高强钢,钢材使用量降低近50%,经济、社会效益非常显著,可以广泛用于送电工程的钢管杆、变电工程的构架柱、构架梁、支架等结构。     

Q460钢锻造平焊带颈法兰节点轴心受压性能分析

采用试验方法和有限元方法对Q460钢平焊带颈法兰节点轴心受压性能进行了研究。试验选用FP2121和FP2727型法兰盘,对法兰节点施加轴心压力直至其破坏。采用有限元模型对实体单元模拟法兰盘、钢管和角焊缝进行了大变形弹塑性条件下的极限承载力分析。结果表明,法兰节点的破坏形态均表现为钢管的局部屈曲,法兰盘强度有较多富余,法兰盘颈部和底部2条环形角焊缝均有传力贡献,颈部环形角焊缝与底部环形角焊缝传递力的比例约为3:1,与试验结果一致。     

基于稳健性原则的高压输电钢管杆塔优化设计

提出了基于稳健性设计的高压钢管杆塔设计思路,以东莞设计院3款不同类型钢管杆型设计方案进行了实例分析.其中基于ANSYS软件等对输电钢管杆在复杂载荷作用下的挠度和应力分布进行了有限元计算.分析结果对钢管杆设计提供了较为可靠的参考,同时可根据仿真结果对设计方案进行校核和改进,提高了输电杆塔设计效率和可靠性.     

飞轮储能装置用轴向磁轴承及其低功耗策略

针对垂直放置的飞轮储能装置中磁轴承的低功耗要求,研究一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;采用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、力/位移系数及力/电流系数的数学表达式;给出主要参数的设计方法,并设计原理样机,利用有限元软件对设计结果进行三维仿真分析.在此基础上,研究轴向气隙不对称的低功耗悬浮策略,理...     

考虑轴向传热的单芯电缆线芯温度实时计算模型研究

为了研究轴向传热对电缆线芯温度的影响,首先以单芯电缆的三维微元热路模型为基础,建立了考虑单芯电缆轴向与径向传热的三维热路模型,且根据该三维热路模型实现了单芯电缆线芯温度实时计算的理论推导。其次,通过不同敷设环境下分别加载恒定与阶跃电流的实验,讨论了电流、电缆敷设环境与外界环境温度等因素对轴向、径向温度分布的影响。实验结果表明,电流是决定轴向温度梯度变化趋势的主要因素,空气中电缆的线芯温度上升速度最快,土壤中电缆次之,水中电缆最慢。最后通过有限元仿真工具,对比了空气中电缆中间接头三维有限元模型与二维有限元模型计算的线芯温度。研究结果表明,只考虑电缆径向传热的二维热路模型会造成线芯温度计算的误差,而考虑电缆轴向与径向传热的三维热路模型能够提高计算的精度。     

单芯电缆线芯温度的非线性有限元法实时计算

考虑电缆材料热性参数是温度的函数及忽略热量沿着线芯轴向传输所造成的线芯温度计算误差,为提高电缆线芯温度计算的精度,提出基于非线性有限单元法计算电缆导体的温度。研究电缆导体径向、轴向温度梯度以及热量扩散规律,分析运行电流、外界环境温度等因素对电缆线芯轴向、径向温度分布的影响。根据传热学原理,研究电缆热性参数随温度变化对电缆导体温度的影响,建立电缆导体温度计算三维非线性有限元模型,并通过实验数据对非线性有限元模型进行验证和修正。实验和有限元仿真的对比表明：忽略电缆热量沿着轴向传输以及热性参数的改变会造成线芯温度计算误差;所提出的电缆导体温度实时计算非线性有限元模型的有效性,为高温下运行电缆导体温度监测与负荷预测奠定了基础。     

轴向电磁轴承多自由度承载力理论与实验研究

为了实现磁悬浮轴承系统的微型化,对轴向电磁轴承的多自由度承载力进行理论与实验研究。基于轴向磁轴承气隙磁通空间分布,利用分割磁场法建立磁路模型,由虚位移法得到轴向和径向承载力的数学表达式。借助有限元仿真软件,得到轴向磁轴承气隙磁感应强度与磁场空间分布。在搭建的磁轴承三维力学测量平台上,实验测量了轴向磁轴承的轴向与径向承载力,分析总结了多自由度承载力随电流、轴向位移和径向位移的变化规律,结合理论与仿真结果,分析了结构参数变化导致气隙磁场分布变化,进而改变轴向与径向承载力的物理机理,为轴向磁轴承实现多自由度悬浮研究提供了参考依据。     

新型结构永磁偏置轴向磁轴承研究

研究了一种新型结构的永磁偏置轴向磁轴承,分析其结构和工作原理;利用等效磁路法推导出该型磁轴承的承载力、电流刚度以及位移刚度的数学表达式;给出了包括磁极面积、控制绕组及定转子结构等主要参数的设计和计算方法,利用有限元软件对设计结果进行了三维仿真分析,理论分析和仿真结果表明:该型磁轴承结构紧凑、控制方便,适用于高速低功耗的场合.     

径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应分析

针对径向高温超导磁悬浮轴承轴向尺寸有限引起的端部效应会影响其轴向悬浮特性,提出一种基于H公式的二维有限元建模方法,对径向高温超导磁悬浮轴承的端部效应进行分析。首先,通过实验测试验证提出的有限元建模方法;然后,分别建立具有不同尺寸定、转子的径向高温超导磁悬浮轴承有限元模型;最后,得到不同尺寸的超导定子与不同极数的永磁转子下轴向悬浮力与位移的关系。结果表明,由于端部效应,随着超导定子分块数量的增加,轴向悬浮特性不断恶化;随着永磁转子极数的增加,轴向悬浮力最大值先提高后降低,最终趋于永磁转子无限长时的轴向悬浮力最大值。     

角钢塔连接螺栓考虑预紧力的拉剪计算方法研究

角钢塔普通螺栓施工过程中规定了其施工紧固扭矩的下限值,但在抗剪设计时没有考虑施工紧固扭矩所产生的预紧力对其抗剪承载力的影响,计算表明目前的紧固扭矩值会使得设计偏于不安全。结合钢结构基本原理推导了输电塔普通受剪螺栓在预紧力作用下的抗剪剩余承载力比的计算方法,并结合精细化数值模拟论证了预紧力对普通螺栓抗剪承载力的影响。研究表明,预紧力越大,螺栓的抗剪承载力削弱越明显,近似呈二次抛物线关系;最终依据预紧力和抗剪承载力之间的关系,推荐了输电塔普通抗剪螺栓的紧固扭矩值,为工程设计提供了设计依据。     

不同输电线路标准的轴心受力构件计算对比

详细阐述了国内外3种架空送电线路杆塔结构设计标准的角钢构件轴心受拉应力和受压应力的计算原理,探讨了3种标准关于长细比修正系数的取值以及构件端部约束条件的合理性。采用3种标准对同一典型构件进行承栽力计算,计算结果表明,采用不同标准计算出的构件承载力有所不相同。指出在实际工程应用中,须结合构件的实际应用范围和材料加工情况来判断输电杆塔的安全性能,合理选择其承栽力计算方法。