中欧架空输电线路铁塔交叉斜材长细比计算方法对标分析

[目的]为了有效规避由于国内外工程设计规范不同引起的设计质量问题,结合中国现行《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》(DL/T 5486—2020)、欧洲标准《1 kV及以上架空输电线路通用规定》(EN—50341—2012),对输电线路铁塔角钢构件交叉斜材长细比计算方法进行对比分析。[方法]以工程中常见的有辅助材的交叉斜材布置型式为例,分别采用两种标准计算了其杆件长细比。[结果]研究表明:在计算交叉斜材同压时,中国标准采用计算长度修正系数来修正两根斜材的共同作用对受压构件稳定承载力的影响,欧洲标准采用验算两杆的受压稳定承载力之和大于或等于两杆所受荷载代数和的方法来保证构件的稳定承载力满足结构要求。[结论]在有辅助材的交叉斜材布置型式时,两杆同压且压力相等、两杆同压且压力不等、两杆一拉一压这3种情况下国标稳定承载力计算结果均小于欧标稳定承载力。

输电线路杆塔横担及斜材等效模型研究

为了对雷击杆塔时的波过程进行分析,在已有杆塔主体等效模型基础上,研究了杆塔横担及斜材的等效模型。运用平行多导体等效阻抗的相关理论方法对杆塔横担的等效模型进行分析,通过在杆塔主体等效阻抗模型基础上乘以斜材修正系数的方法对杆塔斜材的等效模型进行分析,斜材修正系数包含的电容及电感修正系数分别通过分析斜材引起的电场能量及磁场能量变化来计算得到。计算结果表明,电容及电感修正系数分别为0.9895及0.8360,同时推导出斜材修正系数为0.8272。按照得到的杆塔横担及斜材等效阻抗模型计算方法,对500kVSZC3型杆塔模块化划分,建立了其雷击波过程分析研究时的等效阻抗模型。

输电塔塔身交叉斜材拓扑优化方法研究

提出将输电塔塔身交叉斜材的拓扑形式的优化问题分成三个步骤来完成:首先,针对塔重随节点数目变化具有单谷性的特点,提出利用斐波那契搜索确定最优的基节点数目,构建了原始的基结构模型;其次,提出了一种递归方法得到所有满足工程习惯的杆系拓扑形式,在此基础上结合蚁群算法寻找出最优的设计方案;最后,使用序列二级算法对塔身节点坐标进行调整.使用本方法对三个不同算例的塔身段斜材的拓扑和所有塔身节点坐标进行了优化,得到了新的杆系拓扑形式,相对原设计节省了一定钢材,并满足了工程实用性的要求.

特高压输电塔不等边角钢交叉斜材的承载力

为研究不等边角钢作为特高压输电塔交叉斜材的承载性能,选用了我国特高压输电塔结构中典型的节间形式,制作了交叉斜材采用不等边角钢的足尺节间试件,进行了节间不同工况下的静力加载试验,研究了不等边角钢交叉斜材的应变发展、变形特征、破坏模式及极限承载力;然后,建立了节间的非线性有限元模型,并进行了试验验证和参数分析.试验结果表明,不同工况加载过程中,不等边角钢交叉斜材的稳定承载性能良好,极限荷载作用下,不等边角钢交叉斜材的受力方式决定其最终的破坏模式为面外屈曲或面外和面内共同屈曲;有限元模型参数分析表明,随着交叉斜材内力比值的降低、材料强度等级的提高以及斜材相交点位置的提高,不等边角钢交叉斜材的承载力均有所提高,交叉斜材的受力方式对其承载力提高的效果有显著影响.最后,基于能量法及有限单元法,提出了不等边角钢交叉斜材承载力计算的理论方法,经验证,理论方法的计算结果与有限元分析结果、试验结果吻合较好.

输电塔不等边角钢交叉斜材稳定承载力研究

对一种输电塔常用平面节间进行了真型试验,研究了不等边角钢交叉斜材在一拉一压受力情况下的稳定承载力与破坏模式;采用ABAQUS有限元软件对不等边角钢斜材试件进行模拟,验证了有限元模型的可靠性,并进而研究了不同内力比值、钢材强度、截面规格对斜材承载力的影响规律。结果表明:试验中不等边角钢失稳模式主要为面外屈曲。当斜材处于一拉一压时,压杆承载力随拉力增加而增大;当斜材处于同时受压时,极限承载力随着两杆压力比值的增加而减小;在同时受压状态下,提高材料强度对承载力的提高不会起到显著的作用;增大肢厚或平面内和平面外肢长均能使承载力提高。基于以上分析,提出了可供参考的不等边角钢交叉斜材的计算长度修正系数,并与现有规范进行了比较。

输电线路铁塔导线横担斜材的布置问题

为了解决输电线路铁塔结构设计中遇到的导线横担斜材布置问题,以某直流接地极直线塔的设计情况为例,采用东北电力设计院编制的自立式铁塔内力分析软件(2.0版),对导线横担上平面、下平面和正平面斜材布置方式进行受力计算分析,建议:横担平面应尽量采用斜材不受力的方式,下平面根部斜材应与塔身横隔材的中点相连,正平面斜材的受力计算应考虑实际施工需要。

输电线路角钢塔交叉斜材极限承载力研究

为研究输电塔交叉斜材的失稳特征,本文设计了两种输电塔平面节间真型试验,研究交叉斜材在不同拉压比下的极限承载力变化规律和破坏模式,并使用ANSYS有限元软件对两种节间进行数值模拟分析,对比分析试验和有限元结果,可以得出:仅斜材节间在不同拉压比下均在受压斜材长段中点附近发生屈曲破坏,当拉压比≤-0.2时,截面绕最小轴屈曲,当拉压比>-0.2时,截面绕平行轴屈曲;对于添加辅助材的复杂节间,当拉压比≤-0.2时,受压斜材长段中点附近发生绕平行轴屈曲破坏,当拉压比>-0.2时,压杆整体发生绕平行轴的平面外屈曲破坏。随着拉压比增大,复杂节间平面外最大变形逐渐由压杆长段中点向交叉点移动。复杂节间在多数拉压比工况下的试验极限承载力高于规范计算值,研究结果可为输电线路角钢塔设计提供参考。

角钢塔中斜材的布置方式对其极限承载力的影响研究

采用通用有限元分析软件ANSYS,对角钢塔中不同布置方式的斜材进行有限元分析,使用壳单元建立4种斜材布置方式的有限元模型,考虑节点板厚度的影响,经过非线性屈曲分析得到各构件的极限承载力。通过对4种布置方式下构件极限承载力的比较发现,斜材布置方式对构件的极限承载力有较大影响,采用现行规范计算得到的构件承载力有时会过于保守。

送电铁塔斜材承载力的计算

不同于主材,斜材承载力的计算方法世界各国的差异很大,缘于各国对斜材端部的局部扭转约束、构造偏心、主斜材的单位刚度比、拉杆对交叉点的支撑作用等影响因素的认识和处理不同。中国新版"架空送电线路杆塔结构设计技术规定"参照美国"送电铁塔设计导则"的方法,用6个K值公式来进行讨论,探讨其不足。

输电塔斜材防屈曲加固的试验与数值研究

组合角钢截面常被用作输电铁塔的支撑斜材,斜材是输电塔的主要抗侧力构件,其一旦在极端荷载条件下发生屈曲破坏会极大的提升倒塔的风险,威胁输电线路的安全运行.文中以T型双角钢截面斜材为例,提出了一种以防屈曲支撑技术为基础的输电塔斜材加固方法,通过拟静力试验证明了加固方法的有效性,并通过数值模拟进行参数分析,研究主要几何参数(内芯外约束之间间隙、内芯双角钢之间间距等)对斜材整体性能的影响.研究结果表明,该防屈曲加固技术工艺简单,在有效抑制斜材的整体屈曲失稳、提升斜材的抗压承载力和耗能能力的同时,又不会显著改变结构刚度,增加节点板负担.建议间隙不超过内芯厚度的1/5,间距不超过内芯厚度2/5,内芯宽厚比不超过9.防屈曲加固理念在输电塔加固中具有很好的应用前景.

输电塔交叉斜材平面外稳定中外规范计算差异的探讨

主要对输电塔交叉斜材平面外稳定计算问题进行探讨。对美国ASCE 10-15、中国GB 50017—2017《钢结构设计标准》和DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》等标准中的相关规定进行对比分析表明:在交叉斜材一拉一压受力情况下,GB 50017—2017对于计算长度的修正较DL/T 5154—2012要小;在交叉斜材同时受压情况下,两者对于计算长度的修正水平基本一致。然后基于交叉斜材均是偏心受力构件的情况推导了考虑交叉斜材受力相关性的计算长度修正计算式。

采用有限元法对抱杆斜材强度进行应力回归分析

利用有限元软件ANSYS,分析了5根不同截面的悬浮式钢抱杆在不同风荷载和吊重作用下的主材轴向强度应力及斜材轴向强度应力,运用回归分析方法,推导出斜材轴向强度应力的回归直线方程,论证了斜材选择的安全可靠性。

交叉斜材设计缺陷导致倒塔事故的原因探究

塔身交叉斜材不但要承受外部荷载产生的水平剪力,同时也对主材稳定起到关键的支撑作用,承受水平剪力时,交叉斜材通常为一拉一压,对应的计算长度小于全长的几何尺寸;而在对称荷载作用下,交叉斜材在其支撑点所承受的支撑力是相同的,即交叉斜材处于同时受压,且压力相等的状态,对应的计算长度为全长的几何尺寸,计算时应将一定百分比的主材内力作用在斜材平面内、垂直于主材轴线的节点上,按全长的平行轴进行最小承载力校验。

铁塔横担斜材在不同布置形式下的受力分析

笔者以中冰区双回路铁塔为例,应用道亨有限元分析方法进行分析计算,对铁塔导线横担的布置进行了分析比较,着重探讨了导线上平面交叉斜材断开与铺满两种布置形式对导线横担和塔头的影响。两种布置形式对塔头主材内力影响较小,在相同的应力比控制下横担的总重量相差不大,但铺满布置能够有效地减少横担主材的内力,增大横担的整体刚度,同时通过对上平面主材端部焊接连接板的做法,使铁塔的实体结构与计算模型趋于一致。

对500kV铁塔斜材弯曲变形的分析

介绍分析铁塔斜材弯曲变形的基本方法,从多角度进行探讨,找出斜材弯曲变形的各种因素,提出解决问题的一些建议,供设计、制造和施工等有关部门参考。

输电塔交叉斜材承载力试验及有限元分析

本文设计了输电铁塔常用的两种交叉斜材节间,根据斜材不同的内力比值共完成12组静力加载试验。采用有限元软件ANSYS对两种节间进行数值分析,并将分析结果与试验结果及规范计算结果进行对比分析。建立了螺栓连接节点的有限元模型,得到了螺栓节点连接滑移的荷载-位移曲线。然后根据荷载-位移曲线建立交叉斜材滑移模型,并在验证模型有效性的基础上进行参数分析。研究表明,交叉斜材节间极限承载力受拉压比影响,现有规范中的计算方法对于交叉斜材节间有一定偏差。本文提出的考虑螺栓滑移的ANSYS模型能够较好地模拟交叉斜材节间的破坏形式,并算得较为精确的极限承载力,通过参数分析发现材料强度、长细比、宽厚比对于交叉斜材节间极限承载力产生影响。

中美输电塔斜材考虑端部构造的稳定承载力对比研究

对于输电塔结构设计,目前中美设计标准对比研究已较多,但斜材在实际构造型式下的承载力对比研究较少。为给海外输电塔工程斜材设计提供有益参考,采用美国标准ASCE 10-97、中国电力行业标准DL/T 5154-2012以及钢结构设计标准GB 50017-2017,针对典型构造型式的单斜材、交叉斜材进行了稳定承载力比较分析,最后利用有限元数值分析模型进行验证。结果表明,中美标准的主要区别在于稳定系数、局部稳定强度折减系数以及对端偏心和端约束影响的计算方法不同,并对输电塔单颗螺栓连接、无中间支撑的单角钢斜材、端部有两颗螺栓的斜材等设计提出了相关建议,有关结论可供海内外工程设计参考。

轻中冰区悬垂塔塔身交叉斜材的布置夹角研究

工程经验表明,轻中冰区悬垂塔塔身质量占输电塔整体质量的50%以上,而塔身交叉斜材与水平面的布置夹角(交叉斜材角度)对其受力影响较大,因此对其塔身交叉斜材布置夹角的研究显得十分重要。通过数值模拟分析系统地研究了不同的塔身坡度和交叉斜材角度情况下铁塔的受力性能,并进行了对比分析,最终给出了合理的交叉斜材角度。研究表明:当塔身交叉斜材角度控制在32.5°~42.5°范围内时,交叉材的受力最为充分,塔重最轻。

杆塔结构两种主斜材连接节点研究

当斜材两个螺栓直接打在主材上不满足构造要求时,常用两种连接形式:把内侧斜材伸入主材与拉出主材。依托实际工程,选取代表性节点,采用ABAQUS有限元软件对两种不同的节点进行非线性力学性能分析,同时也对比了两种节点的钢材用量及施工便捷性。分析结果表明,斜材直接打在主材上的节点力学性能优于斜材拉出主材的节点连接,两种节点用钢量基本相当,斜材拉出主材的节点施工便捷性明显优于斜材伸入主材内部的节点连接。

塔腿主斜材夹角及塔身抗扭布置分析研究

研究了输电塔塔腿主斜材夹角对塔腿的影响并给出合适的主斜材布置角度,对比分析了输电塔塔身交叉型斜材和倒K型斜材2种不同斜材布置形式下的塔身抗扭刚度。结果表明,塔腿主斜材夹角的最优取值范围为30°~40°;倒K型斜材布置的塔身抗扭刚度要低于交叉型斜材布置的塔身抗扭刚度,扭转载荷较大时建议采用交叉型斜材塔身布置。