输电塔角钢并联加固构件承载力试验研究及理论分析

为满足输电结构持久安全运行,在不破坏原有角钢截面造成截面削弱的前提下,提出了2种基于构件并联的无损加固措施;通过未加固、加固角钢轴压试验和有限元仿真计算,得到了各试件的荷载-位移曲线与荷载-竖向应变曲线,分析了试件的破坏机制与加固机理并基于参数分析明晰了角钢强度、抱箍连接件数量、抱箍连接件长度、构件长细比等因素对承载力的影响;基于弯曲、扭转、弯扭屈曲临界力计算方法提出了基于构件并联的修正承载力计算公式,并验证了修正承载力计算公式的有效性。结果表明:未加固角钢易发生弯扭失稳破坏,加固方案通过增大截面抗弯刚度和改变组合构件的失稳形态,提高了极限承载力并改善了失稳后的刚度与变形性能;有限元模型可有效反映构件破坏形式,主材角钢强度提高能增强承载力但对变形能力无影响,抱箍连接件对加固后性能无明显影响,长细比与加固效率呈正相关;推导的弯扭失稳临界力计算理论便于计算加固构件极限承载力,有利于推广无损并联加固措施。

基于主材防屈曲的输电塔新型抗风加固方法研究

输电塔属于高柔结构,风致响应敏感。主材角钢作为输电塔的主要构件,其承载能力特别是受压抗失稳能力是影响输电塔抗风性能的主要因素。以提高主材角钢受压状态下的防屈曲能力为目的,兼顾考虑降低开螺栓孔对原主材的损伤,提出一种新型加固方法。并通过对6个足尺角钢构件进行加载试验,检验该新型方案的加固效果;分析不同加固参数对提升主材性能的影响;采用有限元方法对试验进行数值模拟,确立合理的有限元建模方法,为输电塔整塔加固方案设计提供依据。结果表明:该方案能够大幅提高构件的抗压承载力,并有效改善构件的延性;端部螺栓数目对加固效果影响明显;确定了抱箍间距的合理取值;拼接副主材的应力滞后对加固效果基本没有影响。

输电塔角钢构件加固性能试验与有限元对比研究

为研究不同加固方式对输电塔角钢主构件极限承载力的影响,给老旧角钢输电塔加固提供技术支持。提出针对输电塔主材夹具式和穿孔式2种加固形式,分别通过静载试验和参数化有限元模拟,研究不同加固方式、加固位置、连接件间距等参数下加固构件的破坏形态、承载力大小以及加固效果,并分析构件加固机理。研究结果表明:有限元模拟结果与试验结果吻合良好,极限承载力和破坏形态与试验结果相近;加固改变原构件的破坏形态,从整体失稳转变为局部失稳;加固构件两端连接,承载力提高约7%~8%,而增加中间连接后其加固效果比两端连接提升1倍。2种加固方式均能有效提高构件承载力,中间位置增设连接件可使承载力提高更为显著。

输电线路角钢塔加劲肋倾斜角度对塔脚板受力性能的影响研究

现有架空输电线路杆塔结构的规程规范未明确角钢塔塔脚板加劲肋倾斜角度布置要求,通常按习惯和经验设定。依托500 kV交流及±800 kV特高压直流输电线路工程铁塔,通过有限元数值方法研究了单主材四地螺、单主材八地螺和双主材八地螺塔脚板在加劲肋不同倾斜角度下的受力性能。研究结果表明,加劲肋倾斜角度的改变对四地螺塔脚板的影响较小,但是对八地螺塔脚板影响相对较大。所研究成果对架空输电线路角钢塔塔脚板计算和制图都有一定的指导作用。

耐候钢在输电线路杆塔中的应用与研究进展

输电杆塔是输电线路工程中重要的基础设施。长期以来,钢基杆塔主要采用热浸镀锌工艺来进行防腐,但间歇式热浸镀锌工艺具有污染环境、能源消耗大、成本高等特点,且热镀锌杆塔使用后期需进行维护。因此,亟需寻找新型防腐材料替代热镀锌钢。在大气环境中,耐候钢表面会形成致密且粘附良好的稳定锈层,具有比普碳钢更好的耐蚀性能,将耐候钢应用于输电杆塔是输电杆塔防腐蚀技术未来的重要发展方向之一。使用耐候钢制造输电杆塔可从原材料上解决它在应用过程中的防腐问题,采用“以锈防锈”的思路实现输电杆塔的免涂装、免维护。主要介绍了耐候钢在我国输电杆塔中的应用研究进展和工程应用取得的重要成果,包括杆塔用耐候钢板/卷、热轧耐候角钢和耐候钢螺栓等主要原材料的成分设计和性能研究,耐候钢耐大气腐蚀行为研究,以及冷弯耐候角钢塔、热轧耐候角钢塔和耐候钢管杆的工程应用情况。

输电铁塔角钢无损加固分析与计算方法

对于运行时间较长或有扩容改建要求的服役输电铁塔,部分构件承载力不足将导致其无法满足更高的设计要求,有必要通过角钢构件加固来提升其承载性能。以输电铁塔中典型角钢为研究对象,提出输电铁塔无损加固方法,该方法采用螺栓与夹具使原构件与加固构件形成组合加固构件,组合构件对原构件不造成损伤,且结构简单、应用性强;建立细化的组合构件数值模型,研究原构件长细比、夹具间距(数量)、钢材特性对组合构件加固效果的影响,提出组合构件受压承载力计算方法。结果表明:提出的加固方法加固效果显著,加固水平最高达到56.34%;原构件长细比对组合构件受压承载力提升水平影响明显,组合构件的提升效果随着原构件长细比的增大而逐渐显著;当夹具数量为奇数个且夹具间距小于750 mm时,组合构件的加固效果最佳;加固构件的钢材特性对组合构件受压承载力和延性影响较小;提出的组合构件受压承载力计算方法与有限元模拟结果吻合良好。

角钢输电塔外贴槽钢并联加固承载能力研究

[目的]现有角钢输电塔已持续运行多年,结构损伤导致使用性能降低,同时老旧输电塔设计承载力已不满足现有规范设计要求。为了解决老旧输电塔承载力不足的问题,提出了1种角钢外贴槽钢并联加固方法,通过试验研究与有限元分析获得了加固结构承载力,并提出了基于弹性分析的屈曲临界荷载公式。[方法]为了获得构件的承载力,设置了2组试件的轴压试验,开展了2种构件轴压有限元数值模拟:未加固角钢、角钢贴合槽钢;根据破坏形式推导了基于弹性分析的薄板屈曲临界荷载计算公式。[结果]轴压试验结果表明:未加固角钢试件发生弯扭破坏,角钢贴合槽钢试件发生局部屈曲破坏,加固构件承载力可有效提高。[结论]角钢贴合槽钢改变了原有角钢的失稳破坏状态提高了角钢承载力,建立的有限元模型可真实反映加固构件破坏状态,理论计算公式可准确计算加固构件的轴压承载力。

考虑气动阻尼的窄基塔风振系数分布规律研究

为研究考虑流固耦合影响时窄基角钢塔风振系数分布规律,选取一直线塔为研究对象。通过引入气动阻尼以考虑流固耦合的影响,采用时程分析法、《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的方法和频域分析法计算0°和90°风向角的风振系数,对比采用不同方法时考虑与不考虑气动阻尼的结果以确定规律。经分析可得出结论:(1)气动阻尼对窄基塔风振系数的影响不可忽略,且随高度增加而更加显著;(2)呼高范围内输电塔风振系数沿高度近似线性变化,呼高以上部在横担和地线支架处发生突变,大于同高度塔身处的数值,《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中的方法得出的结果不能反映该特点;(3)时程分析法和频域分析法求得0°和90°方向风振系数具有相似的分布规律,时程分析法的风振系数整体加权值小于频域分析法的结果,0°风向角的风振系数整体加权值大于90°风向角的结果。

输电铁塔单角钢结构杆件内力及稳定承载力分析

当前输电铁塔设计使用的杆系模型计算结果不够精确,不能准确反映杆件内力,使用更准确的计算模型并与试验结果作对比找到更合适的内力计算方法是必要的。通过对一个耐张试验塔的一个导线横担用ABAQUS实体单元模型进行试验加载模拟,将数值计算结果与试验结果进行对比,证明了数值模型计算结果的有效性。在此基础上,分析并阐述了螺栓连接的输电塔单角钢结构杆件内力的分布规律。现行真型塔试验杆件内力的测量方法不正确,不能正确反映杆件受力状态;铁塔单角钢斜材不是轴力构件,受压杆件是压弯构件,杆件弯矩包含一阶及二阶弯矩,不能忽略;双面连接的主材杆件按轴力杆计算是正确的。按《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》及其新版《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》,将分析对象横担的上、下平面的主要受压斜材分别用轴压构件和压弯构件的规范公式计算单角钢受压斜材的稳定应力,与实际应力进行了比较,论述了推荐方法的安全合理性。

十字形双组合轴压角钢构件填板连接计算方法研究

从材料力学原理出发,基于剪力互等定理和轴压构件的二阶弯曲效应,结合十字形双组合角钢构件受压时的实际破坏形态,推导了十字形双组合角钢构件填板连接的理论计算方法,给出了填板连接的一般设计方法;并结合试验结果论证了传统算法的局限性,确定了不同填板布置形式时填板处十字形截面的剪力不均匀分布系数;理论计算方法考虑了十字形双组合角钢构件不同失稳模式的影响,与试验结果相比,其安全裕度在10%以上,较传统算法具有较大的优越性,能够满足输电塔结构设计的一般要求;最后通过精细化数值分析验证了计算方法的准确性和可靠性,并已将其应用于工程实践中。

架空输电线路新规范对500 kV角钢塔结构的影响研究

基于架空输电线路新规范DL/T 5551—2018[4]、DL/T 5440—2020[5]及DL/T 5486—2020[6],对白鹤滩水电站送出工程10 mm、15 mm、20 mm(重冰区)及30 mm四种典型冰区的500 kV角钢塔结构进行了对比研究,系统地总结了新规范对500 kV角钢塔结构的影响及其程度,有针对性地提出了采用新规范对500 kV角钢塔结构进行校验加强的重点。研究成果可作为对500 kV架空输电线路角钢塔结构进行新旧规范对比分析的参考,也可作为对已建500 kV架空输电线路采用新规范进行改造加强的借鉴。

输电铁塔用钢及其焊接技术

介绍了输电铁塔用角钢、直缝焊管、带颈法兰的现状及存在问题,讨论了钢管塔焊接主要连接形式以及钢管塔制造中的焊接特点和薄壁管对接焊缝的超声波检测技术。

输电铁塔用角钢的应用及低温服役性能研究

随着中国超特高压输变电工程的迅速发展，输电铁塔用钢的强度等级与发达国家的差距正逐步缩小。然而，国内由于低温引起的倒塔事件却时有发生，铁塔用钢的低温服役能力问题越来越受到关注。该文阐述了输电铁塔用钢的低温服役能力及应用现状，对中国输电铁塔用角钢Q235、Q345及Q420抽样进行室温拉伸和低温冲击性能测试，研究了-75～25℃温度区间角钢的韧脆转变趋势。结果表明：3种角钢的拉伸性能均达到GB／T1591-2008要求；冲击功均随温度升高而增加，Q235及Q345的冲击韧性较好，分别在一5和一15℃时平均冲击功达到34J；Q420在试验温度区间内一直处于脆断状态，25℃冲击功仍小于30J。

输电钢管塔体型系数风洞试验研究

对1 000 kV淮南—上海特高压输电线路钢管塔(SZT2塔)的塔身和横担模型进行了高频测力天平风洞试验,得到了作用在模型上的平均风荷载和体型系数。试验结果表明:15°、75°是对输电钢管塔的最不利风向角;对于输电钢管塔塔身和横担,钢管杆件体型系数分别取为0.80、0.85能满足设计要求。

长横担输电塔风致薄弱部位及加强措施

以沿海地区某220kV长横担角钢输电塔为原型,通过气弹模型风洞试验考察结构的气动失稳趋势及薄弱部位,结合数值分析研究抗风加强措施.塔头部位由于不利的气固耦合效应,在高风速下出现了较明显的弯扭耦合振动现象;塔身下部长斜材在风振激励下,产生局部振动,面外位移增大,易引发构件的压弯破坏.分别采取增强塔头斜材和增设横隔面等措施对原结构进行抗风加强设计.后续试验结果和理论计算均表明:加强横担之间的斜材对减小塔头扭转振动的效果明显;在长斜材节段处增设横隔面可以抑制局部振型的提前出现,有效地降低斜材的压弯应力,从而提高整塔的极限承载能力.

输电铁塔用Q460角钢低温断裂韧性研究

采用三点弯曲试验,研究了输电铁塔用Q460角钢在低温下的断裂韧性。不同钢厂、不同规格Q460角钢的试验结果表明,温度越低,厚度对CTOD值影响越大,且厚度的增加会降低钢材韧性,促使钢结构更容易发生脆断。不同批次的Q460角钢,常规力学性能和断裂韧性有较大差别,且角钢的屈服强度对断裂韧性有一定影响,为此,应控制高强角钢屈服强度的上限。

1000kV角钢塔地震模拟振动台试验研究

为分析地震作用下1 000 kV特高压角钢输电塔动力反应特点以及导、地线质量对该塔架结构动力反应的影响,开展地震模拟振动台试验。选取4种不同类型的地震动输入,针对单塔及单塔悬挂集中质量进行8度烈度水准下的动力反应测试。试验结果表明:该型输电塔悬挂集中质量块后顺线路方向自振频率降低了2%,横线路方向自振频率降低了17%。对于绝缘子采用V型悬挂方式的杆塔结构,在计算塔动力特性时,垂直线路方向需考虑绝缘子连接方式及导线质量的影响。因该型输电塔结构横担较长,高宽比较小,地震反应有显著空间耦合性,地震作用下结构的扭转反应较易激起。总体而言,导线质量对输电塔抗震是有利的,塔线体系动力分析时考虑导线质量的影响将会更加真实地估计结构杆件内力。

输电铁塔冷弯角钢构件轴心受压承载力分析及试验研究

输电线路铁塔应用冷弯型钢,可以提高输电铁塔设计水平,降低钢材用量。文章结合输电铁塔的结构特点,选取不同截面、长细比的冷弯角钢构件进行轴心受压承载力试验和有限元分析,得到了输电铁塔用冷弯角钢轴心受压构件的荷载-应变发展规律和极限承载力,并与现行设计规范承载力计算值进行了对比。分析结果表明,现行规范体系不适合我国输电铁塔冷弯型钢轴心受压构件的强度设计。通过对试验和理论分析结果进行拟合,确定了输电铁塔冷弯型钢轴心受压构件稳定系数曲线,提出了输电铁塔冷弯型钢构件承载力计算的修正意见。

大宽厚比Q420角钢轴压构件稳定性能试验研究

通过对75根大宽厚比Q420高强度等边角钢的轴压试验,研究了该类构件的稳定性能,总结了其失稳变形特征,并将其稳定承载力与我国电力行业标准的设计值进行对比分析。研究表明两端铰接的Q420高强度等边角钢中长柱呈弯扭失稳,短柱呈局部屈曲;轴压柱的稳定设计折减系数的试验值高于规范计算值,并与构件的长细比有直接关系,针对这一关系提出了修正公式。试验结果说明Q420高强度等边角钢的屈曲强度比普通强度角钢提高很多。研究成果为高强度角钢轴压构件的稳定设计提供了前提条件,并为已有设计方法的修正提供了建议和依据,有利于我国Q420高强度角钢在输电铁塔结构中的应用。

单角钢螺栓连接节点板拉剪性能研究

对某角钢塔典型节点进行足尺试验研究和有限元参数分析,考察单角钢连接节点板受拉剪时的工作性能和破坏模式.结果表明,单角钢连接节点板受拉剪时可能发生块状拉剪撕裂和受拉断裂两种破坏模式;垂直于受力方向的螺栓孔间距、顺受力方向的螺栓孔间距和节点板形状对单角钢连接节点板的极限承载力有显著的影响;偏心作用只会降低节点板的屈服破坏承载力,对其极限承载力影响甚小.通过可靠度分析,评价现有节点板设计方法用于单角钢连接节点板的适用性.