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。     

输电线路大跨越钢管塔法兰盘连接试验及研究

钢管法兰连接节点的设计研究是大跨越高塔设计的重要组成部分。对于某些重大的跨越高塔,由于荷载的大幅增加,法兰节点按常规计算方法得到的承载能力不够精确,使得设计人员难以准确把握实际结构的受力状态,设计的风险较大,而法兰节点的准确合理设计是保证结构安全的重要环节。以舟山与大陆联网工程中的370m大跨越塔为背景,对内侧螺栓连接法兰和外侧螺栓连接法兰进行节点极限承载力拉伸试验,并建立精确的有限元分析模型,研究法兰节点的力学行为、应力分布以及弹塑性的破坏过程,证明内法兰与外法兰都具有很高的安全裕度,可以作为大跨越钢管塔的法兰节点设计的一种参考。     

500kV输电线路窄基钢管塔有限元分析

利用有限元软件Midas,对工程使用的一基500k V双回路窄基钢管塔建立了有限元模型,进行杆塔振型、次应力以及P-Δ二阶效应分析。分析结果表明主材长细比越大,主材次应力影响越小。总结了若干设计要点,进一步完善高电压多回路窄基钢管塔的设计和应用。     

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)。     

基于刚性和柔性两种模型的输电线路钢管塔带颈锻造法兰

通过对国内管道行业和日本制作基准等标准的分析研究,提出了基于刚性和柔性两种设计理念下的带颈锻造法兰的设计模型和计算假定,并通过法兰试验和有限元分析,提出了两种法兰的设计和计算方法,且两种法兰结构型式均已经应用于输电线路钢管塔结构。     

我国输电线路钢管塔制造技术现状综述

随着输电线路输送容量及电压等级不断提高,杆塔荷载和塔重不断增大,设计采用高强钢、大规格角钢,钢管塔具有相对技术、经济优势.介绍我国输电线路钢管塔技术标准、技术装备、加工技术、焊接技术、监造技术现状等方面的情况,并着重从钢管塔技术标准方面与日本标准进行了对比分析,结果表明:我国钢管塔制造技术水平达到世界先进水平.     

特高压输电线路钢管塔设计关键技术与试验研究

本文所论工程1000kV淮南-上海(皖电东送)输电线路,是我国第1条百万等级的双回路特高压线路,电压等级高、导线截面大、平均塔高超过110m,采用钢管塔结构技术经济优势明显。加工产能是制约钢管塔应用最主要的原因,本工程设计中,在广泛调研和充分吸收国内外先进设计理念的前提下,提出了钢管塔标准化设计,应用带颈锻造法兰、标准化插板管头并规范和统一了可供设计选用的钢管系列规格库,为皖电东送工程钢管塔设计的安全可靠、制造加工的规范高效创造了条件。本文同时论述了工程进行的1基科研试验塔、8基工程真型塔和1基Q46科研试验塔的真型实验,以及相关的钢管、法兰、插板、节点、高强度螺栓等一系列试验研究。试验结果进一步指导和完善了钢管塔的设计,在计算模型、主材径厚比、结构布置、加劲板设置和构造处理等方面对钢管塔设计有了新的理解和认识。     

输电钢管塔空间KK型管板连接节点极限承载力

空间KK型管板连接节点作为输电钢管塔中最主要的节点型式,其安全性是整个塔架结构安全的重要保证。相比较于平面K型节点,在考虑实际结构中节点空间效应后的KK型节点的受力性能更为复杂。在平面K型管板节点的试验研究基础上,对两类空间KK型管板节点展开参数化分析,重点讨论了节点几何尺寸参数和主管轴压应力比等因素对节点极限承载力的影响变化规律。结合大量有限元参数分析所得计算结果,并综合考虑各种因素对节点极限承载力的影响,提出了空间KK型管板连接节点在主管管壁局部屈曲破坏模式下的极限承载力建议计算方法。     

节点连接刚度对钢桁梁拱桥受力性能影响分析

以某钢桁梁拱桥为研究背景,建立不同节点连接刚度下全桥有限元模型,研究了节点刚接与铰接两种形式对桥梁受力性能的影响,通过计算桥梁在施工过程中的三种工况：边跨施工完成、中跨施工完成、成桥后,得到了桥梁在自重作用下的变形和应力变化情况,对比了节点刚接与铰接情况下桥梁的受力性能。     

输电线路钢管塔小角度K形节点承载力研究

现有的K形节点试验数据及我国《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)的计算公式均是在主管与支管的夹角大于等于30°的情况下给出的。对于输电线路钢管塔而言,受电气间隙或线路走廊的影响,主管与支管的夹角有时会小于30°。通过试验及有限元分析得出,K形节点极限承载力应取支管轴力极值和主管壁塑性变形达到主管直径的2%两种状态中先期到达者所对应的支管轴力。现行设计计算方法对夹角小于18°的K形节点以及偏心连接的K形节点是不安全的,建议输电线路钢管塔设计时应尽量满足主管与支管之间夹角不小于20°。     

装配式方钢管法兰连接节点受力性能研究

法兰连接是装配式多高层钢结构中箱型柱全螺栓拼接的一种新方法,为研究箱型柱与柱法兰连接在拉力、弯矩、剪力组合作用下的受力性能,运用有限元分析软件ABAQUS对具有不同法兰厚度、螺栓边距、螺栓孔直径的11个法兰节点柱进行了分析。有限元分析表明:法兰厚度是法兰连接承载力、刚度、撬力大小的主要影响因素,螺栓边距会影响螺栓撬力的大小,螺栓孔径对法兰连接节点的力学性能没有影响。     

特高压输电钢管塔主材次应力分析

为了研究特高压输电钢管塔的主材次应力问题,对 1 000 kV特高压输电钢管塔SZ2U进行真型试验,实测主材次应力;通过有限元分析, 得出主材次应力的分布规律及影响因素;分别建立考虑有无节点板刚度的有限元梁杆单元模型,并与实测结果进行比较;对塔脚节点建立精细化有限元模型,考察次弯矩作用下节点的受力性能和破坏模式。研究结果表明：对SZ2U塔次应力影响最大的位置在塔脚主材处,实测最大次应力比（弯曲应力占轴力应力的百分比）达到45%;采用考虑节点板刚度的计算模型与实测结果吻合较好;次应力的影响不仅与主材长细比有关,还与主材和斜材的角度有关;塔脚节点在次弯矩作用下的破坏模式为主管受压一侧环形加强板上部管壁屈曲破坏。     

特高压输电线路钢管塔管—插板节点受弯性能

根据/4环、半圆环和全圆环节点形式的试验研究和有限元分析初步探索了钢管插板节点受弯的力学性能,并提出了这种节点的承载力确定方法及简便计算公式,在与日本《输电线路钢管塔制作基准》对比分析中,得出了承载力和不同参数的关系曲线。结果表明：极限承载力不仅与主管壁厚t、管径D、节点板长度B、现时状态下屈服区域内中截面顶部挠度δ有关,更重要的是还和现时状态下的加劲肋有密切相关。承载力计算公式对工程设计有重要的应用价值。     

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)。     

焊接空心球节点在输电线路大跨越钢管塔中的应用

焊接空心球节点连接输电线路大跨越钢管塔构件是一种比较理想的节点处理方式,但常规的球节点承载力计算理论对于超大直径薄壁焊接空心球节点无法适用。结合舟山与大陆联网特大跨越输电高塔工程设计实例,通过非线性有限元分析,对无加劲肋和加劲空心球节点的受力特性、破坏形态和极限承载能力进行研究,并通过对正交试验结果的方差分析指出加劲肋各因素对节点承载力水平的影响,研究结果对工程设计有较好的指导意义。     

异形基坑支撑体系刚度及受力分析

基坑工程中内支撑系统的平面布置形式众多,在通常情况下,对于长条形地铁基坑工程中,通常采用十字正交对撑的内支撑体系,其内支撑刚度的取值可以用公式K=2EA/SL计算.对于复杂的桁架杆系结构的水平支撑系统,不能简单地采用上式来确定内支撑的刚度,但较合理地确定其桁架支撑体系刚度一直以来也是基坑工程中的一个难题.本文以上海自然...     

高压电气设备瓷套管与法兰连接的弯曲刚度研究

通过分析高压电气设施结构法兰与瓷套管连接节点的构造特征,建立了基于瓷柱、法兰弯曲变形和胶装材料挤压变形描述的节点弯曲承载力学模型,然后通过理论推导提出了一个瓷套管与法兰连接等效弯曲刚度的解析公式;最后通过一个500 k V避雷器试验数据对本文提出的公式进行了验证。结果表明:应用本文公式得到结果与试验结果吻合;与我国现行电力设施抗震设计规范公式对比,新建公式计算结果误差为1.91%。本文公式由力学模型直接推导建立,不包含经验系数,能够揭示法兰与瓷套管连接部位的承弯机制,可用于电气设施结构的抗震计算。     

装配式钢结构梁柱-柱法兰连接节点受力机理研究

提出了一种装配式钢结构梁柱-柱法兰连接节点,其主要由带悬臂梁段圆钢管上柱、带法兰圆钢管下柱、普通梁段和之间的连接装置组成。通过改变翼缘连接盖板的厚度、螺栓孔洞形式、螺栓个数等参数,基于损伤控制思想,可很好地控制梁端塑性铰的位置,将耗能集中在翼缘盖板连接处,确保利用连接盖板耗能来保证梁柱等主体构件保持在弹性阶段,利用震后更换耗能连接件实现节点的震后快速恢复功能。主要对5个节点试件进行数值研究分析,通过考虑悬臂梁段与普通梁段间隙、螺栓数量、翼缘连接盖板厚度及螺栓孔洞形式等参数,从而获得节点的承载能力、变形模式及应力变化等规律。研究表明:连接件相关参数的合理设计,能够在确保承载力满足要求的前提下,实现梁柱等主体构件不发生破坏,便于节点震后快速修复。     

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。     

特高压直流输电线路雷击故障特性分析

以国网投运时间相对较长的±800 k V复奉线、锦苏线和宾金线为例,总结特高压直流线路运行情况和防雷性能,挖掘雷击故障特征和影响性因子。针对宾金线防雷性能显著低于复奉、锦苏线的情况,从地闪密度、地面倾角、绝缘配置三方面对比差异性,并综合计算分析雷击运行性能出现差异的原因。结果表明,绕击防护是特高压直流线路亟待提升的薄弱点,宾金线故障杆塔的绕击重启率理论上是复奉线故障杆塔的5.81倍,与实际运行结果 6.87倍较为接近。