GFRP布无损加固输电铁塔角钢受力性能研究

针对现役输电铁塔在覆冰、风荷载、边坡变形等作用下可能存在承载力不足的问题,研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)布无损加固铁塔角钢的受力性能。首先,利用文献中的物理试验对加固钢材数值试验方法进行验证;其次,以铁塔角钢为研究对象,基于验证的数值试验方法建立72组有限元分析模型,探讨长细比、GFRP布粘贴层数、粘贴长度等因素对角钢极限承载力的影响;最后,推导并改进GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法。结果表明:不同长细比对构件极限承载力影响较大,当角钢长细比大于70时,加固后的承载力提升不明显;增加GFRP布粘贴层数,角钢承载力大幅提升,粘贴8层GFRP布的承载力提升率最高达41.03%;柱中GFRP布粘贴长度为75%与粘贴长度为100%的角钢极限承载力相比提升不大,仅为0.27%~2.10%;对推导的GFRP布角钢复合构件理论承载力计算方法引入修正系数后,数值试验与理论计算值相对误差缩小至-2.70%~1.77%,有效提升理论解计算精度。在对现役铁塔加固时,只需对角钢全长的75%粘贴6~8层GFRP布进行加固,且对于长细比λ≤70的角钢加固效果更好。

环境因素影响下钢筋混凝土索塔爬模施工仿真分析方法

为探究爬模施工进程中索塔空间温度场和应力场分布,掌握塔柱线形特性,提出一种索塔爬模施工仿真分析方法.利用Fortran编程语言开发相应子程序,对结构施加复杂温度边界,实现不同节段混凝土水化放热、收缩徐变.利用Abaqus软件对索塔爬模施工过程进行分析.结果表明:施工过程中索塔空间温度分布不均匀,塔柱表里最大温差达25.9℃,向阳面与背阴面温差最大为9℃;考虑温度效应后,塔柱所受拉应力更大,且空间应力分布具有很强的时变性,索塔线形特征与变化规律也发生改变;施工塔顶累积竖向位移先增大后减小,在爬模第16节段达到最大值20.5 mm;施工过程塔顶累计顺桥向和横桥向位移更大,最大值分别为6.5和22.3 mm.

长阳天池口清江特大桥主拱圈悬臂浇筑斜拉扣挂系统设计

长阳天池口清江特大桥主桥为净跨径242 m的非对称上承式钢筋混凝土拱桥,主拱圈采用单箱单室截面,宽9.5 m、高4.0 m。资丘岸和五峰岸半跨主拱圈各分为24个和21个节段,第1个节段采用支架现浇,其余节段采用斜拉扣挂悬臂浇筑法施工。扣索采用星式和扇形组合方式布置,位于墩顶和扣塔的扣索为星式布置,位于交界墩墩身的扣索为扇形布置,并将墩身上的扣锚索设计成连续索以避免在墩身上搭设张拉平台;扣塔由8根∅800 mm×16 mm钢管组成,两岸扣塔分别高52.68 m和60.12 m;根据锚索最大索力,设计了能承受800 kN张拉力的岩锚索。建立主拱圈悬臂浇筑施工阶段MIDAS Civil有限元模型,对斜拉扣挂系统扣锚索索力进行计算,通过拆除部分扣索和调整扣锚索索力,施工期间主拱圈截面最大拉应力、扣塔最大偏位、主拱圈成拱后线形均满足要求。

基于倒塌延性的输电塔地震抗倒塌设计方法

调整结构抗侧刚度是提高地震下结构抗倒塌能力的常用方法,目前该方法多应用于建筑结构,而没有关于输电塔的抗倒塌研究。针对此问题,首先,依托实际输电线路工程,基于ABAQUS软件建立了输电塔有限元模型,采用静力推覆分析(Pushover)和增量动力分析(incremental dynamic analysis,简称IDA)方法,获得了输电塔倒塌延性;其次,针对输电塔薄弱节间,提出了一种以杆件内外径之比为影响参数的输电塔地震抗倒塌优化设计方法;最后,通过有限元分析对优化效果进行了验证。结果表明,该优化方法能有效提高输电塔抗倒塌性能,优化后的输电塔薄弱节间抗震性能最高可达70%,非薄弱节间优化效果在10%左右,可为输电塔抗震设计提供指导。

多塔大底盘RC框架隔震建筑抗震韧性设计研究

以位于Ⅷ度区(0.3 g)的某多塔钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)框架建筑为研究对象,对其进行了大底盘隔震设计,研究了在设防、罕遇地震作用下3个塔楼的动力响应,并基于韧性评价标准对该隔震方案展开了2个地震水准下的抗震韧性评价。结果表明:隔震后结构基本周期延长至原来的3倍,降低了地震作用,有效控制了上部结构的地震响应。楼面绝对加速度的显著控制基本消除了加速度敏感型非结构构件的损伤。结构构件以及位移敏感型非结构构件的修复费用主导了建筑的修复费用。建筑的修复时间由阶段Ⅰ中结构构件的修复时间控制,此隔震方案下建筑的抗震韧性等级达到了三星。

碳纤维加固输电铁塔角钢有效性分析

以输电铁塔受损角钢为研究对象,借鉴国内外碳纤维增强复合材料(CFRP)加固修复技术,提出采用碳纤维布加固铁塔角钢的方法。该方法采用胶黏剂将碳纤维布粘贴至角钢表面进行加固,加固过程中不会对角钢产生二次损伤,且流程简便,实用性强。通过建立组合结构数值分析模型,研究碳纤维布加固厚度、加固层数、铺层角度和加固方式对组合构件加固效果的影响。结果表明:使用碳纤维布加固角钢对长细比较大构件承载力的相对提高程度会增大;当采用四层铺设厚度共为0.668 mm的碳纤维布时,对角钢极限承载力的提升基本可以满足加固需求;碳纤维布各铺层角度沿角钢轴心受压方向均采用0°方向进行铺设时,可以最大化加固效果;结合经济性考虑,对角钢进行中包加固方式效果要优于全包加固效果。

输电塔主材角钢GFRP双侧加固后承载性能模拟研究

随着输电塔服役年限增加,老旧铁塔升级改造需求日益旺盛,现有加固研究均是将钢材作为加固材料,存在加固材自重大、野外运输吊装困难等问题。针对这些问题,提出一种基于GFRP无损双侧加固输电塔主材的加固方案,建立主材加固组合构件精细化有限元模型,验证有限元模型的准确性,分析角钢长细比、螺栓间距对加固构件破坏模式和承载力的影响规律。研究结果表明,此方案能有效提高构件稳定承载力,且随着构件长细比增大,加固效果越明显;随着螺栓间距增大,加固构件稳定承载力缓慢减小,当螺栓间距为53i时,承载力大幅度减小。

墩塔钢筋部品优化设计与受弯力学性能试验研究

为推动墩塔钢筋工业化发展,提出了3种钢筋部品构造优化设计,以主筋与箍筋连接方式、箍筋构造和有无劲性骨架为参数,开展了2个钢筋混凝土梁的四点弯曲试验(新型钢筋部品混凝土梁简称为新型梁、传统绑扎钢筋混凝土梁简称为传统梁),研究新型墩塔钢筋部品优化设计构造的受弯力学性能。试验结果表明:传统梁相比新型梁的裂缝分布更为密集,传统梁的峰值荷载高于新型梁5%左右,传统梁的延性略高于新型梁;2个试件钢筋应变随荷载变化规律基本一致,同荷载下新型梁的箍筋应变大于传统梁50%(500με)左右,新型梁的箍筋约束能力和持荷分担比例更高。总的来说,新型梁的抗弯力学性能与传统梁基本一致,墩塔的主箍筋焊接连接和新型箍筋构造可用于实际工程中。

强风下输电塔破坏分析与加固研究

为了提高服役输电塔抵抗极端荷载的能力,保障线路的安全稳定运行,结合输电塔的失效模式和破坏特点,提出了一种无损加固措施,通过加载试验和数值模拟验证了该加固措施的可行性.以220 kV典型输电塔为研究对象,运用多尺度分析手段,建立了加固前后输电塔精细有限元模型,模拟分析了输电塔动力特性,以及风荷载下输电塔的非线性响应和连续性倒塌模式,进而评估了无损加固措施对输电塔抗风性能的提升效果.结果表明,该加固措施能够有效降低输电塔风振响应和提高其抗风性能,临界倒塌风速由29.2 m/s提高至30.8 m/s,加固节间以及相邻节间的刚度得到了提升,且加固后节间内力分布更加均匀,该无损加固措施为提升服役输电塔抵抗极端荷载的能力提供参考.

双曲线冷却塔施工偏差对结构性能的影响和加固方式选取的研究分析

双曲线冷却塔是用水作为循环冷却剂,从系统中吸收热量排放至大气中,以降低水温的双曲线型高耸构筑物,筒壁是冷却塔通风筒的主体部分,它是承受以风荷载为主的高耸薄壳结构,对风十分敏感。根据规范要求,塔筒整体屈曲稳定系数和局部弹性稳定系数均应≥5,施工过程中的偏差往往会导致结构性能降低,整体稳定性和局部稳定性不满足规范要求。本文以某双曲线冷却塔为研究对象,通过检测塔筒直径、筒壁厚度和钢筋保护层厚度的施工偏差,结合有限元软件进行数值模拟分析,得出施工偏差对双曲线冷却塔结构性能的影响和加固方式的选取方式。

冷却塔定向拆除时剩余支柱的轴力计算方法

为了使冷却塔的定向拆除更加安全可控,对冷却塔保留柱轴向力的计算方法展开研究。根据力的相似关系给出支柱轴向力与其Z向力之间的关系式,基于平截面假定推导保留柱Z向力的计算公式;利用有限元研究环梁和支柱的弹性模量、支柱高度、保留柱数量以及相邻柱柱顶所对应的圆心角5种参数对保留柱Z向力的影响;根据有限元的结果对保留柱Z向力的计算公式进行修正,并研究修正后公式的适用性。结果表明:爆破后的冷却塔在所有保留柱上并不满足平截面假定;在实际工程范围内,上述5种参数不影响保留柱Z向力的分布规律为Z向力沿着y轴方向上的分布形态始终“两端受压,中间受拉”,且保留柱中的最大压力始终出现在第n排保留柱上,最大拉力始终出现在第(n-4)排保留柱上;当爆破圆心角为200°~240°时,修正后计算值的相对误差在21%以内,且该公式在不同冷却塔上具有良好的适用性。保留柱轴向力的计算公式从力学角度为冷却塔的拆除提供了理论支撑,增加了拆除工作的安全性。

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。

双塔连体建筑结构健康监测及抗震安全预警管理研究

以扬州建工科技园工程项目为研究对象,利用传感器技术、5G通信技术等,基于神经网络的人工智能算法,建立结构健康监测及抗震安全预警管理系统。该系统能够实现对建筑结构的实时、远程监测,并能够在地震到达建筑前对结构的安全性做出准确预判的目标,为结构应急响应决策提供依据,保障人民生命和财产安全,对于同类型的工程具有一定的参考价值。

缺陷水塔的安全评估与力学性能分析

以某倒锥壳水塔存在的缺陷问题和对应加固措施处理为背景,通过Midas Gen有限元分析软件,建立受损水塔的计算模型,分析水塔的变形、承载力、抗裂和挠度。上述分析结果表明:水塔有效厚度减小后,侧壁环向承载力呈现降低,抗裂度大幅降低;随着壁厚的增加,水塔侧壁的应力随之减小。通过分析倒锥壳水塔存在的缺陷问题,如水塔壁露筋、孔洞、倾斜、基础沉降等,针对不同缺陷,提出了不同的加固措施。

不同加固措施对新建隧道下穿电杆塔基的变形影响分析

在城市地下工程的建设中,新建隧道不可避免会下穿电杆塔基等建(构)筑物,进而引起电杆塔基的变形。为了保证隧道顺利安全地下穿电杆塔基,有必要对电杆塔基进行加固处理。针对目前隧道下穿电杆塔基加固措施研究的不足之处,文章依托某工程实例,结合工程实践中常用的加固措施,利用PLAXIS软件建立三维数值计算模型,研究不同加固措施条件下的隧道下穿电杆塔基的变形规律。在此基础上,探讨隧道下穿电杆塔基中不同加固措施的有效性。研究结果表明,加固效果的优越性排序为:两种加固措施均有>桩顶连梁加固措施>基础加固措施>无加固措施。以桩顶位移为研究对象,桩顶连梁加固措施和基础加固措施在控制高压电线杆位移时呈现出叠加效应,考虑两种加固措施条件下的有效性均大于只考虑桩顶连梁加固和基础加固的情况,即两种加固措施均有时的情况在控制电线杆位移变形时效果最佳。文章对不同加固措施的有效性研究可以为类似工程实践提供有益参考。

基于新型夹具的输电塔塔脚受压性能研究

基于新型夹具式输电塔主材加固技术,提出了一种塔脚处加固材连接新方法,可有效避免对原塔脚连接板的二次损伤,简化了施工过程。通过对2组共6个足尺试件进行偏心受压试验,研究了加固后塔脚十字型组合构件的破坏模式、极限承载力以及应力分布规律等受力行为。研究结果表明:加固后塔脚的破坏模式为局部屈曲,其位于组合构件塔脚以外的原材上;与单角钢构件相比,组合构件的极限承载力提高幅度约46%;试验过程中,主材截面应变发展迅速,加固材截面应变发展较缓慢且应变较小,基本处于弹性阶段。

风电混凝土塔筒结构缺陷及加固修复技术研究

表述了风电混凝土塔筒现有的缺陷并分析了缺陷产生的原因;针对混凝土塔筒的结构缺陷,采用理论计算及有限元分析的方法,对存在缺陷的混凝土塔筒结构进行性能评估,并判断截面削弱后的混凝土塔筒承载力及强度是否满足原设计要求;针对压溃崩边问题提供了相应的混凝土塔筒加固修复方法,并计算了加固前、后混凝土塔筒结构的承载力。结果表明:加注结构胶并包覆碳纤维的加固方法能够修复截面受力面积、改善结构的受力状态。

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。

超大型双曲线混凝土冷却塔振动台试验研究

神华胜利发电厂混凝土冷却塔位于7度抗震设防区,塔高225 m,塔筒为双曲线型。这种超大型冷却塔在地震等极端荷载下一旦发生破坏,后果将是灾难性的。目前对冷却塔的研究多以数值模拟为主,试验研究较少。通过设计开展缩尺比为1∶33的地震振动台模型试验,研究冷却塔的结构动力响应特性,分析不同地震烈度下结构的刚度退化和损伤情况,寻找结构的薄弱部位,并综合动力试验和数值模拟结果,评价结构的可靠性,提出合理的抗震措施和结构建议。

输电线路塔架结构连接节点加固研究

为解决输电线路塔架上部结构与基础连接节点加固的关键问题,采用ABAQUS建立该节点有限元实体单元模型,并考虑自然灾害下不同受力工况,并与原规范和现行规范的计算结果进行对比。研究结果表明,考虑上部结构加固后,该节点最薄弱处为靴板与主材连接螺栓剪切破坏,整体承载力裕度需加强。由此提出在不停电施工前提下,与上部结构主材加固型式匹配的节点加固方案,并通过实际试验进行了验证。节点加固研究成果有利于提高输电线路使用价值,也为同类装配式建筑节点加固研究提供了新思路。