钢管输电塔挂线节点足尺模型失效模式与承载力提升分析

针对特高压钢管输电塔挂线位置节点在极端荷载下的安全性,提出了挂线节点双侧挂线板协同受力的构造改进措施,并对比研究两种挂线节点的极限承载力与失效模式。通过足尺挂线节点处的承载力试验与有限元分析,比较挂线节点在单侧板受力、双侧板受力情况下的应力分布与承载能力,分析传力螺母与挂线板之间的合理初始间距。结果表明:双侧受力时两侧挂线板均发生弯曲破坏,受力形式更加合理,节点板应力分布更加均匀,挂线点的屈服承载力可以提升一倍以上,传力螺母与挂线板之间的合理初始间隙为2~4 mm。

输电塔斜材不同节点型式下的受压承载力

为研究节点约束下输电塔斜材受压承载力的计算方法,通过对120根等边角钢的偏心受压承载力试验,分析其最小轴、平行轴布置时的破坏模式、承载力及变形形态,研究不同约束刚度、节点型式对其承载力的影响;结合现行行标公式,针对不同节点连接型式(A、B、C类),提出输电塔斜材受压长细比的计算公式.研究结果表明:长细比小于120时,构件承载力主要受偏心控制,偏心越大,承载力越低;而长细比大于120时,构件承载力主要受约束刚度控制,约束刚度越大,承载力越高;A、C类连接在不同长细比时各具优势,但B类连接的承载力始终低于A、C类连接;国内外规范计算值与试验值均存在较大的偏差,具有一定的局限性,体现在小长细比构件偏心及大长细比构件约束修正不足等方面;所提出长细比修正公式的计算结果与试验结果吻合良好,可用于指导工程设计.

钢塔-组合塔混合结构结合部承载性能试验研究

针对新型钢塔-组合塔混合结构结合部构造,开展了局部缩尺模型轴压试验,并建立了非线性有限元模型与试验结果进行比较。研究了钢塔-组合塔结合部的极限承载力以及破坏形式,探究了钢板应变分布规律和焊钉受力分布规律,并对传力路径和荷载分担比例进行了变参数分析。研究结果表明:新型钢塔-组合塔混合结构结合部的承载力符合设计要求;结合部的破坏形式表现为承压板下方钢壁板达到屈服并发生鼓曲变形;承压板为结合部的核心传力构件,增大板厚可以提高结合部承载力以及承压板所传递的荷载,其厚度宜与外壁钢板厚度相近;焊钉和开孔板连接件是保证结合部钢和混凝土共同受力的关键构造,在钢壁板屈服前以受竖向剪力为主,在钢壁板屈服后以受拉拔力为主。

节点约束对单面连接角钢受压承载力影响试验研究

为了研究节点约束对单面连接角钢受压承载力的影响,设计了一种弹簧支座刀口铰,通过试验研究了120根等边角钢的偏心受压稳定承载力。分析了其最小轴、平行轴布置时的破坏模式、承载力及变形形态,研究了不同节点约束、构造形式对其承载力的影响,并与国内规范进行了比较。研究结果表明:最小轴布置时,构件的失效模式为弯曲失稳,旋转轴介于最小轴和平行轴之间;平行轴布置时,构件失效模式为绕与刀口铰平行的主轴的弯曲失稳;构件长细比小于120时,其承载力主要受偏心控制,偏心越大,承载力越低;构件长细比大于120时,其承载力主要受约束刚度控制,约束刚度越大,承载力越高;采用A、C类连接时,在不同长细比下二者各具优势,但采用B类连接时构件的承载力始终低于采用A、C类连接时的承载力;与规范的对比表明,规范GB 50017—2017和DL/T 5486—2020均未考虑节点构造形式对斜材受压承载力的影响,计算结果存在一定的局限性,研究结论对于工程设计具有一定的指导意义。

基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法

为了准确、高效地评估输电塔半刚性节点的力学特性,提出了一种基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法,通过引入代理模型方法近似半刚性节点几何尺寸与极限抗弯承载力、初始转动刚度之间的函数关系,建立具有较高精度的预测模型,进而结合Kish-Chen幂函数模型拟合输电塔半刚性节点的弯矩-转角曲线。结果表明,提出的基于代理模型的输电塔半刚性节点弯矩-转角曲线预测方法能减少实验和数值模拟的成本,较好地模拟输电塔半刚性节点实际受力-变形情况,为输电塔半刚性节点的工程设计和理论研究提供了参考。

干式连接装配式风电混塔非线性特征研究

为探究干式连接装配式风电混塔在复杂耦合载荷作用下的非线性行为特征,利用ANSYS和ABAQUS两种软件分别建立涵盖风电机组基础、混凝土塔筒、钢混过渡段、钢绞线、钢塔筒、风电机组的一体化有限元模型,采用风电机组厂家提供的截面载荷进行静力加载分析,验证两种有限元模型计算结果的正确性。在此基础上,分别针对塔架结构的边界非线性、材料非线性、几何非线性行为特征开展系统研究,分析拼缝接触状态、混凝土塑性损伤模型、几何大变形对于塔架承载能力以及变形能力的影响。研究表明:干式连接混塔在极限大弯矩作用下,塔架迎风侧水平接缝会出现脱开等现象,从而让竖向接缝有空间进行切向滑动,导致上下管片相互挤压,管片出现大范围的应力集中现象,开启几何大变形后挤压现象更为明显;当管片应力超过混凝土抗拉强度后,混凝土发生开裂,钢筋发挥作用,协同受力,混凝土进行应力重分布,保障了塔架在极限荷载作用下的整体承载力和稳定性。

斜拉桥V形钢塔-混凝土基座结合构造方式比选

某人行景观桥为空间异型钢塔斜拉桥,主塔中2根箱型钢柱在四棱台混凝土基座上方交汇呈非对称V形,钢柱轴线与其底端钢-混连接面不垂直,基座尺寸严格受制于河道防洪要求,使塔根-基座结合部构造方式设计具有挑战性。按照造价相当的标准初步拟定3种结合方案,采用ABAQUS软件分别建立相应的有限元模型,选取塔底支座反力中平面内外弯矩绝对值相加最大的组合进行模拟计算及其结果比较和对标检验。研究结果表明:承压-传剪组合式结合部可以大幅度减小桥塔根部、基座及其中锚箱的应力,使其合理满足相关规范要求。就塔根最大位移和应力幅而言,均为传剪式最大、组合式最小。组合式方案中承压板厚度较承压式减小1/3,应力虽有上升却未超限,材料利用率提高。承压式、特别是传剪式构造方案中,混凝土基座最大主拉应力远超规范限值,无法满足抗裂要求。传剪式方案中锚箱钢板Mises应力也超限22%,且与其竖向压应力和混凝土主拉应力的最大值处于同一位置。传剪式方案不适用的原因是,锚箱中侧面竖板间距太小,矩形板与柱壁连接屈从于不利构造特点,形成大转折。无论应力大小还是变形控制,组合式方案都值得优先选择。研究成果直接服务于本工程,对类似工程也有一定的参考价值。

横向拼接缝胶结缺陷对混塔极限状态受力特性的影响分析

水平拼接缝是混塔的重要装配节点,混塔的水平缝主要通过涂抹环氧树脂结构胶来进行拼接,该拼接方式能较好增强混塔整体性。但是,环氧树脂结构胶施工受天气和人为操作因素的影响较大,常出现涂抹不均匀、不密实等现象,引发系列工程隐患。基于有限元分析软件,以实际工程为背景,采用工程算法研究了混拼接缝缺胶工况对混塔受力特性的影响。结果表明:水平拼接缝缺胶对混凝土节段管片的受力特性影响较大,缺胶比例和缺胶深度会导致塔筒管片边缘局部产生应力集中的现象,当缺胶比例达到8%时,承载力计算值已达到临界值。

超高层内倾外斜式大直径分叉圆管柱施工技术

在西安曲江文创中心项目中,塔楼外框主体结构3根角部钢柱为内倾外斜式分叉大直径圆管柱,分叉处柱体直径大,分叉相交贯口长、轴向受力大,对钢构件加工和现场安装精度要求高,不宜应用常规贯口切割技术。为解决相交大贯口加工难度大、制作精度与现场安装要求高、分叉节点整体运输难度大、焊接要求高的难题,从节点优化、贯口放样切割、工厂预拼装、现场安装等过程进行控制,顺利实现项目分叉圆管柱安装,且精度控制满足设计要求。

矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒L型连接节点力学性能研究

针对目前风机塔筒结构发展受限于结构高度与安装效率的问题,本文提出了一种L型螺栓连接的矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒,并且针对螺栓关键连接区域进行了力学性能研究。最后通过有限元建模的方法对塔筒单片矩形钢管混凝土束剪力墙在面外以及面内荷载下的性能表现进行了分析,并且给出了相关设计建议。研究结果表明塔筒螺栓连接区域在单轴拉伸下的破坏模式为连接板弯曲变形以及螺栓拉断。塔筒单片剪力墙的面内初始刚度及承载力要显著高于面外。综合考虑剪力墙力学性能的提升效率以及剪力墙各部件的应力分布状态,建议当螺栓直径为20 mm时,连接板厚度不应大于螺栓直径;建议当连接板厚取20 mm时,螺栓直径取其1.2倍。

2种钢管混凝土格构式风电塔架节点受力性能对比分析

对钢管混凝土装配式附着板节点和万向包裹Y型节点2种不同构造节点进行ABAQUS有限元分析,从静力荷载下的受力全过程、塑性区域发展情况、传力机制等方面进行对比。结果表明,各节点屈服阶段的变化规律基本吻合,具有良好的承载能力。装配式附着板节点的高应力区出现在节点板上,装配式万向包裹Y型节点由于已增加球杆连接件作为节点的传力构件,其高应力区主要集中在球杆连接件的下部。该文总结的2种钢管混凝土格构式风电塔架节点从适用性来说,建议使用钢管混凝土装配式附着板节点。

输电线路牦牛造型景观塔设计与优化研究

针对目前景观塔结构设计缺乏统一的原则和标准,造型设计突破性不强,塔重指标偏重和经济性欠佳的问题,以藏区牦牛造型景观塔为例,分析总结了景观融合思路、造型深化设计步骤和方法,以及结构布置和节点优化方法,为后续景观塔设计提供思路。重点对牦牛造型景观塔的结构布置方案进行了介绍;结合真型试验数据,基于虚功原理,对酒杯塔曲臂K节点的变形进行了分析,并在此基础上提出一种新的曲臂结构;基于有限元分析结果,优化了曲臂K节点构造。提出的一种新的曲臂结构,K节点相对变形小,避免了瓶口节点正侧面受力不均,有利于提高结构的安全可靠性。

斜拉桥支座变形沉降对结构的影响分析

随着国内公路运营里程的不断增加,桥梁数量也随之增加,各种突发事件时常发生,这对桥梁的运营管养提出了更高的要求,尤其是对各种特殊复杂结构桥型的管养更是重中之重。文章针对某斜拉桥梁端伸缩缝装置产生异常高差的突发事件,为了查明事件产生的原因,分析其对桥梁整体结构的影响程度,对桥面高程、伸缩缝高差、主塔竖直度、全桥索力等进行检测分析,并对桥梁维修后进行再次检测,通过前后数据对比分析做出客观实际的判断,旨在为重新开放桥梁使用提供技术依据。

500kV酒杯塔变坡节点受压性能分析及优化建议

酒杯塔在输电线路中广泛使用,变坡节点作为酒杯塔最重要的节点之一,在工程设计时,多采用双包连接的构造方式(内包角钢、外贴板互焊),且较常规节点加大了内包角钢和外贴板的厚度。目前行业内对其受力性能的研究较少,规程规范也未明确其设计方法,本文结合ZNC33153B试验塔实测数据,采用有限元软件对ZNC33153B塔变坡节点的受压性能进行了分析。分析表明瓶口下主材偏心受力较严重,但由于节点刚度大,按目前内包角钢、外贴板互焊的构造方式是安全可靠的;取消内包钢或外贴板不互焊,均会降低节点刚度,降低下主材的受压承载力;由于变坡节点主要靠正面传力,按现行的设计方法对大使用条件的杆塔正面螺栓数量偏少,存在安全隐患。基于分析数据,提出了考虑偏心受力的螺栓抗剪设计方法。

装配式柱的塔吊附墙技术研究

针对办公楼工程的塔吊附墙在装配式柱上的特点,提出了力学计算模型,并考虑了塔吊附墙的力大而截面需要增大配筋的工况。针对上述工况采用局部增大配筋的形式,不影响上下层的装配式施工。实践表明:该技术操作简单,计算模型可靠,可以推广到在预制剪力墙上附墙等工况。还可以推广到现浇结构上,便于手算复核。

挑臂式钢箱梁剪力滞效应分析

针对宽幅钢箱梁桥梁数量日益增多而剪力滞效应突出的问题,以金海特大桥为工程背景,建立挑臂式钢箱梁中间节段实体分析模型,深入研究了宽幅箱梁的剪力滞效应。研究表明:斜拉索拉力均会显著增大钢箱梁顶板的剪力滞效应,但对底板剪力滞效应有所改善;在设计过程中应重点关注顶板内纵腹板处、跨中位置与重车作用位置以及底板钢箱位置与跨中位置的应力水平;恒载工况下,大挑臂钢箱梁顶板翼缘剪力滞系数趋近1,该截面形式设计合理。

基于BP神经网络考虑节点刚度的输电铁塔有限元建模技术

由于输电铁塔半刚性节点的节点刚度会受外载荷的影响而变化,所以为了修正输电铁塔有限元模型的节点刚度,在利用公式计算半刚性节点初始节点刚度的基础上,提出一种基于BP神经网络预测输电铁塔节点刚度的策略。首先采用ANSYS有限元分析软件,构造考虑节点刚度的2A-J2型输电铁塔模型。通过对铁塔结构的分析,可以将铁塔节点分为主材搭接节点K型节点。再根据不同节点处角钢尺寸与螺栓数量的不同,将节点分为7类,计算出每类节点初始刚度,并为其设置刚度系数。在大风工况下,得到输电铁塔在不同节点刚度时对应的杆件轴力,并建立数据集。通过MATLAB构建神经网络模型,在上述数据集的基础上,得到节点刚度的神经网络修正结果。并对比在神经网络隐含层不同层数、不同节点的情况下,半刚性节点节点刚度的数值模型模拟结果与神经网络预测结果,得到该神经网络性能最佳时的隐含层参数。当建立铁塔精确有限元模型时,可以通过测量部分杆件轴力,利用上述BP神经网络建立的“杆件轴力-节点刚度”映射函数进行预测,进而得到所建模型的真实节点刚度。仿真结果验证了考虑节点刚度的输电铁塔精确化建模方法的准确性与可行性。

风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接疲劳性能研究

提出一种矩形钢管混凝土束风力机塔筒结构,并对该塔筒结构双盖板穿芯螺栓连接节点进行高周疲劳试验和有限元分析,得到节点的疲劳破坏模式和疲劳寿命。结果表明:矩形钢管混凝土束风力机塔筒双盖板穿芯螺栓连接节点疲劳破坏模式为高强螺栓受剪破坏,破坏集中在钢板连接处。螺栓在钢砼连接面和螺帽处产生疲劳裂纹,在剪切疲劳作用下,穿芯螺栓断裂为3段。有限元分析表明,螺栓规格对试件疲劳性能影响较大,增加螺栓直径,能提高节点的疲劳寿命,但疲劳极限值会减小;盖板厚度对疲劳性能影响不明显。

传统风格建筑云溪塔结构设计

云溪塔是渼陂湖景区特色建筑之一,为传统风格塔建筑。传统塔形建筑常以木或砖石结构为主,创新性地采用了砌体与钢筋混凝土结构相结合的结构形式。阐述了该项目建筑特点,介绍了结构定案,进行了结构计算分析,给出典型节点相关构造。在继承传统建筑风格的基础上,运用现代建筑结构材料,创新结构形式,在满足建筑造型及功能的基础上,大大提高了塔型结构的相关性能,为类似工程提供设计参考。

Some Advances in the Application of Weathering and Cold-Formed Steel in Transmission Tower

Application of weathering and cold-formed steel in transmission lines can reduce steel consumption and environmental pollution. Some advances in the studies on the weathering and cold-formed steel in transmission tower are introduced. Firstly, corrosion-resistant tests of weathering steel samples under different simulating technical atmospheres were carried out separately for 240 hours. It shows that the corrosion degree of joint samples is higher than that of single chip samples, and the corrosion-resistant performance of weathering steel is superior to common carbon steel. The corrosion-resistance of weathering steel meets with the requirement of transmission tower. Secondly, experiments and finite element analysis for cold-formed angles and a 220kV prototype tower were completed, and the stability coeffi-cient fitting curves as well as the modification formulas of slenderness ratio for cold-formed members were determined. According to the structural characteristics of transmission towers, four sections of cold-formed angles with different sections and slenderness ratios were selected in this study. The finite element model well predicted the buckling behav-iour of the cold-formed members. Ultimate loads calculating by the fitting curve were well agreed to the experimental values, especially for the members with small slenderness ratios. Weight of the cold-formed steel tower can be reduced by more than 5 percent after considering the strength enhancement. Cost of the weathering and cold-formed steel transmission tower is nearly equivalent to that of hot-rolled steel tower with hot galvanizing.