特高压钢管塔带颈锻造法兰承载性能试验与参数分析

为了检验带颈锻造法兰安全性及合理性,针对特高压交流工程钢管塔Q345带颈锻造法兰试件进行了受拉试验,研究了不同承载力级别下带颈锻造法兰的抗拉承载性能,开展了非线性有限元分析,并与试验结果进行对比;在得到可靠的有限元模型基础上,研究了各设计参数对法兰节点受拉承载性能的影响规律。研究结果表明:各组试件的变形特征相似,即法兰连接的小直径钢管出现轴向拉伸和径向收缩现象,法兰盘轻微弯曲,法兰连接的大直径钢管变形不明显。法兰盘厚度的增加提高了法兰节点的强度和刚度,减少了法兰盘变形及螺栓附加应力;法兰颈部变坡坡度控制在15°左右为宜;法兰节点的初始刚度随螺栓预紧力的增大而增大,但节点的极限承载力变化较小;法兰节点荷载的偏心距会严重降低节点的初始刚度和承载力。研究证明,不同承载力级别下带颈锻造法兰的抗拉承载性能安全、可靠;与轴心受力相比,偏心受力会在一定程度上降低试件的承载能力。     

四管组合柱钢管塔变坡节点设计与有限元分析

针对某四管组合柱钢管塔,提出了一种新的变坡节点形式。利用有限元软件ANSYS,对该节点进行建模及有限元分析。研究在设计荷载和极限荷载作用下变坡节点的应力分布状态、塑性发展规律、节点破坏模式及极限承载力情况,以期准确把握该类组合柱钢管塔变坡节点的力学行为,为工程设计和后续的研究工作提供相关的比较数据。研究表明,变坡节点在设计荷载下处于弹性状态,其最终破坏模式是下主管管壁的压曲破坏。通过研究还发现,大板上侧和下侧肋板受力不均匀,与主管直接搭接的肋板受力较大。只要设计参数取值合理,这种新型变坡节点形式是安全可靠的。     

钢管角钢组合塔变坡节点承载力研究

为研究钢管角钢组合塔变坡节点特性,对2个相同尺寸、不同加载方式的变坡节点进行静力足尺试验,对受力性能、承载力和破坏模式的分析研究表明,节点破坏模式均为受压端节点板平面外失稳,说明节点板是薄弱区域。采用有限元软件ABAQUS建立三维实体模型,对影响变坡节点承载力的主要因素进行参数分析,结果表明,在一定范围内,节点承载力随节点板厚度的增大而提高,节点板厚度每增加2 mm,承载力提高5%~9%,当厚度增加到一定限度,承载力提高30%左右,节点板得到充分利用。     

750kV输变电钢管塔架结构承载力及构造的试验研究

750kV输电线路的支撑结构和变电构架承受荷载大，铁塔及变电构架的大型化不可避免，有必要深入研究750kV杆塔和变电构架的方案。针对750kV杆塔和变电构架可能采用的钢管结构方案。对无缝钢管、直缝焊管、多棱焊管的受压承载力及不同接头型式构造对钢管构件承载力的影响进行了试验研究。结果表明：焊接钢管可采用a类稳定系数，钢管构件接头形式为T型、I型、U型时可不考虑插接板失稳。对长细比小于120的管件不宜采用I字型板连接。研究结论可指导输变电钢管塔架结构的设计，并在公伯峡水电站送出及750kV输变电示范工程钢管构架设计中得到应用。     

杆塔刚性法兰加劲肋在轴力作用下的荷载分配

钢管构件节点处拉力分别通过加劲肋和法兰盘环形焊缝传递,二者传力分配对加劲肋承载力计算有较大影响。现有研究对传力比例是固定还是动态变化、二者分配比例都有不同理解;同时,规范中给出的计算方法存在与实际明显不符之处。由于刚性法兰加劲肋设置的特点,在试验中不易提取到环形焊缝及加劲肋端部传递的轴向荷载的准确值,因此,建立6个不同螺栓数的包含钢管、法兰、螺栓、加劲肋、焊缝的完整刚性法兰模型(钢管分别为φ219×8、φ506×8),根据节点实际受力情况分别设置数百个接触对的接触行为和参数。将模型求解结果与现有节点试验结果对比,表明模型有较好精度;通过加劲肋传递的内力比例随参数L_y/L_x变化;现有规范中给出系数α偏保守。结合模型计算结果,考虑刚性法兰工程实际并保留一定裕度,给出简化的刚性法兰加劲肋计算公式,为设计提供参考。     

500kV汉江大跨越塔钢管节点试验

以国家电网公司应用Q420 高强钢首批输电线路试点工程为依托,验证杆塔采用Q420 高强钢管的适应性和安全性。针对500 kV汉江大跨越直线塔主材采用Q420 钢管,进行了3种K形节点6 个试件的试验研究。对钢管节点受荷后的截面应力分布、主管侧向位移以及极限状态受力特征等进行了分析,通过试验为杆塔设计和输电线路安全运行提供了可靠的依据。试验证明,节点域加劲板的设置以及主管与支管间的夹角对节点的应力分布有重大影响。     

足尺U型插板钢管连接强度-变形特性的非线性有限元分析

U型插板连接是一种较好的钢管结构连接节点形式,具有传力效果好、安装方便等优点。以4个足尺U型插板钢管连接节点的试验研究为基础,采用大型非线性有限元分析程序DIANA进行试验节点建模和非线性分析,考察了U型插板连接的荷载-变形特性,与试验得到的荷载-变形特性进行比较,探讨非线性有限元分析的可靠性;同时,分析比较有限元模拟与试验得到各节点的极限承载力。另外,分析节点达到限承载力时U型插板连接节点的主压应力分布特点,探讨并验证试验中连接节点的破坏失效模式。     

应用STAAD CHINA设计变电构架

在500 kV 变电站中, 变电构架是最主要的构筑物, 使用空间结构计算分析软件来完成变电构架的静力分析, 与平面计算相比, 更符合结构实际受力性能, 计算结果更精确。常用软件有STAADCHINA 空间分析软件。变电构架属于排架结构, 可按空间杆系结构或空间桁架结构进行分析计算。结构建模时应注意整个结构必须是不变体系, 所有节点必需是稳定的节点。变电构架荷载在人工输入时, 设计人员可根据经验, 对荷载进行定性分析, 保留具有控制作用的荷载工况和荷载组合。     

500 kV单排变电构架结构选型研究

以500 kV 6孔出线门型构架为例,采用"STAAD/CHINA"软件,分别对"钢管柱+格构式梁"、"角钢格构式"和"全钢管结构"三种结构型式的构架进行空间计算,并对三者的优缺点、受力和变形特点、节点连接、适用范围进行技术经济分析。结果表明:(1)角钢格构式结构的用钢量最大、综合造价最低,全钢管结构用钢量适中、综合造价最高,钢管柱+格构式梁结构用钢量最少、综合造价适中;(2)格构式构架梁、柱主材截面通常由承载力控制,钢管梁截面通常由位移控制,钢管柱主材截面由承载力和位移双控;(3)钢管柱+格构式梁结构在温度作用下的温度应力最小、抵抗温度作用的能力最强;(4)国内工程宜采用钢管柱+格构式梁结构并采用杯口插入式柱脚,国外工程宜采用角钢格构式结构并采用露出式柱脚。     

新型等截面斜柱基础上拔—水平承载力试验研究

等截面斜柱基础在送电线路中作为一种新的基础型式,与一般基础相比具有受力合理、节省材料量、施工工期短等显著优点。通过等截面斜柱板式基础上拔承载力试验,采用接近于送电线路直线塔受压实际工作条件的试验方法,验证了基础上拔承载力设计理论、方法以及设计参数取值的合理性、可靠性。试验结果表明,在设计荷载范围内基础是稳定、安全的。