輸電塔加固腹桿角鋼構件承載能力的研究
發(fā)布時間：2021-07-06 01:18
隨著供電需求的增加以及惡劣環(huán)境的影響,現存輸電塔中部分主要桿件存在承載力不足的問題。然而,現有加固方法多為在原材上打孔后并聯上副材的加固形式;不僅高空作業(yè)難度大,還可能對原結構造成損害。本文提出了一種新型的夾具式加固方案,并對其應用于輸電塔中腹桿以及部分受拉桿件的情況進行了研究。輸電塔中腹桿為兩端單肢連接的偏壓角鋼構件,受力情況比較復雜。本文首先用有限元軟件研究了兩端單肢連接偏壓角鋼的受力性能,明確了不同桿件的破壞形式和極限承載能力,為試件加固后的加固效果提供參考依據。進而對加固方案中鍍鋅角鋼接觸面間的摩擦系數以及加固受拉角鋼時原角鋼和加固角鋼間的傳力效率進行了試驗研究,驗證了加固方案的有效性。在本文摩擦系數測定試驗以及相關課題對軸心受壓角鋼加固后試件的試驗研究基礎上,采用相同的有限元建模方法分析了單肢連接兩端偏壓角鋼加固后的受力情況;分別考慮了角鋼截面規(guī)格、角鋼長細比λ、角鋼寬厚比b/t、角鋼材料屈服強度fy、緊固件間距K、緊固件中螺栓預緊力大小T、加固角鋼肢厚t1、加固角鋼與連接板端部的豎向間隙S1等參數對偏壓角鋼加...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：137 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
輸電塔架在風雪荷載下的破壞
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-1-第1章緒論1.1課題背景和意義輸電塔架是支撐輸電線路中導線、地線的重要構筑物，其結構的安全可靠性是整個電力系統(tǒng)正常工作的重要保證[1]。輸電塔多采用鋼桁架的結構形式，由塔腳、塔腿、塔身、塔頸、橫擔、和頂架組成。塔身桿材分為主材、斜材和輔助材，主材是主要受力桿件，截面尺寸相對較大；斜材也稱為腹桿，常用的腹桿布置形式有單腹桿系、雙腹桿系、再分式腹桿系、K形腹桿系和倒K形腹桿系；輔助材主要起減小主材、斜材的計算長度的作用，在輸電塔整體有限元建模分析中，一般不參與受力計算。合理確定塔架結構體系、桿件的承載力以及連接強度，是塔架設計及抗風雪災害評估的關鍵環(huán)節(jié)。近年來，隨著我國國民經濟的快速增長，電力需求持續(xù)增加，國家電網對輸電線路的可靠性提出了更高的要求。然而，惡劣天氣導致區(qū)域性輸電塔倒塔事故頻發(fā)，輸電塔一線體系破壞造成的損失巨大。輸電塔架破壞原因主要為在過大的風雪荷載作用下，塔架中部分關鍵主桿、腹桿發(fā)生強度或失穩(wěn)破壞，從而使整個結構體系發(fā)生倒塌。典型輸電塔架整體破壞及對承載力不足的桿件進行加固的過程如圖1-1、1-2所示。圖1-1輸電塔架在風雪荷載下的破壞圖1-2輸電塔的加固過程2008年，我國南方、華中和華東地區(qū)先后四次遭受低溫雨雪冰凍氣候襲擊，最大連續(xù)冰凍日數已超過歷史冬季最大值，達百年一遇。持續(xù)低溫、雨雪、大風天氣給浙江、安徽、福建、河南、湖南、湖北、江西、四川、重慶、廣東、廣西、云南和貴州共13個省份的電力系統(tǒng)運行造成嚴重影響。調查表明，該地區(qū)的電力設施的抗冰設計標準是30年一遇，而實際荷載遠超設計荷載值，加上較大風力的共同影響，成為倒搭災害的主要原因。從災害統(tǒng)計結果來看，幾乎所有倒塌
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-3-角鋼桁架中弦桿節(jié)點處的兩腹桿應放置在弦桿的同一側。圖1-3腹桿放置于弦桿同側圖1-4腹桿放置于弦桿兩側1991年，Elgaaly[6]等將角鋼放置于鋼桁架中進行試驗，研究了在角鋼不同截面規(guī)格、長細比下，端部連接螺栓個數對桁架結構中受壓角鋼承載力的影響情況。結果表明：兩個螺栓連接的節(jié)點，其單角鋼穩(wěn)定系數比一個螺栓連接節(jié)點時高28%左右。1997年，Temple[7]等對不同長細比的單肢連接角鋼進行試驗研究，明確了角鋼失穩(wěn)時的彎曲軸；同時對采用不同厚度節(jié)點板連接的單角鋼進行了受壓試驗，研究了節(jié)點板對角鋼端部約束的影響。結果表明：節(jié)點板厚度對角鋼穩(wěn)定承載力有較大影響。1999年，Earls[8]等通過有限元分析，研究了角鋼材料非線性、幾何非線性以及殘余應力等初始缺陷對角鋼穩(wěn)定承載力的影響。發(fā)現單角鋼構件只受兩端點約束時，將繞最小軸失穩(wěn)；而同時受兩端約束、側向支撐及扭轉約束時，單角鋼構件將繞平行軸失穩(wěn)，并提出新的簡化設計方法。2002年，Mengelkoch[9]等對單肢連接角鋼端部螺栓預緊力的影響進行試驗研究，發(fā)現端部螺栓的擰緊程度對角鋼構件承載力的影響不大。2005年，Rasmussen[10]等對寬厚比較大的角鋼構件進行分析，研究其局部屈曲情況，發(fā)現一般設計中對局部屈曲的處理過于保守。2010年，YiLiu和LinboHui[11]用有限元分析方法對偏心受壓單角鋼的受力性能進行研究，并將有限元分析結果與AISC設計規(guī)范中的計算結果對比，進而得出一種同時考慮角鋼受壓與繞主軸彎曲的承載力計算方法。2012年，Dinis[12]等用數值分析方法研究了等邊角鋼的整體和局部屈曲性能，闡明了整體屈曲和局部屈曲之間的區(qū)別，并為結構設計提出了合理建議。2016年，Oszvald[13]等通過試驗和數值
本文編號：3267222
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數】：137 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
輸電塔架在風雪荷載下的破壞
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-1-第1章緒論1.1課題背景和意義輸電塔架是支撐輸電線路中導線、地線的重要構筑物，其結構的安全可靠性是整個電力系統(tǒng)正常工作的重要保證[1]。輸電塔多采用鋼桁架的結構形式，由塔腳、塔腿、塔身、塔頸、橫擔、和頂架組成。塔身桿材分為主材、斜材和輔助材，主材是主要受力桿件，截面尺寸相對較大；斜材也稱為腹桿，常用的腹桿布置形式有單腹桿系、雙腹桿系、再分式腹桿系、K形腹桿系和倒K形腹桿系；輔助材主要起減小主材、斜材的計算長度的作用，在輸電塔整體有限元建模分析中，一般不參與受力計算。合理確定塔架結構體系、桿件的承載力以及連接強度，是塔架設計及抗風雪災害評估的關鍵環(huán)節(jié)。近年來，隨著我國國民經濟的快速增長，電力需求持續(xù)增加，國家電網對輸電線路的可靠性提出了更高的要求。然而，惡劣天氣導致區(qū)域性輸電塔倒塔事故頻發(fā)，輸電塔一線體系破壞造成的損失巨大。輸電塔架破壞原因主要為在過大的風雪荷載作用下，塔架中部分關鍵主桿、腹桿發(fā)生強度或失穩(wěn)破壞，從而使整個結構體系發(fā)生倒塌。典型輸電塔架整體破壞及對承載力不足的桿件進行加固的過程如圖1-1、1-2所示。圖1-1輸電塔架在風雪荷載下的破壞圖1-2輸電塔的加固過程2008年，我國南方、華中和華東地區(qū)先后四次遭受低溫雨雪冰凍氣候襲擊，最大連續(xù)冰凍日數已超過歷史冬季最大值，達百年一遇。持續(xù)低溫、雨雪、大風天氣給浙江、安徽、福建、河南、湖南、湖北、江西、四川、重慶、廣東、廣西、云南和貴州共13個省份的電力系統(tǒng)運行造成嚴重影響。調查表明，該地區(qū)的電力設施的抗冰設計標準是30年一遇，而實際荷載遠超設計荷載值，加上較大風力的共同影響，成為倒搭災害的主要原因。從災害統(tǒng)計結果來看，幾乎所有倒塌
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-3-角鋼桁架中弦桿節(jié)點處的兩腹桿應放置在弦桿的同一側。圖1-3腹桿放置于弦桿同側圖1-4腹桿放置于弦桿兩側1991年，Elgaaly[6]等將角鋼放置于鋼桁架中進行試驗，研究了在角鋼不同截面規(guī)格、長細比下，端部連接螺栓個數對桁架結構中受壓角鋼承載力的影響情況。結果表明：兩個螺栓連接的節(jié)點，其單角鋼穩(wěn)定系數比一個螺栓連接節(jié)點時高28%左右。1997年，Temple[7]等對不同長細比的單肢連接角鋼進行試驗研究，明確了角鋼失穩(wěn)時的彎曲軸；同時對采用不同厚度節(jié)點板連接的單角鋼進行了受壓試驗，研究了節(jié)點板對角鋼端部約束的影響。結果表明：節(jié)點板厚度對角鋼穩(wěn)定承載力有較大影響。1999年，Earls[8]等通過有限元分析，研究了角鋼材料非線性、幾何非線性以及殘余應力等初始缺陷對角鋼穩(wěn)定承載力的影響。發(fā)現單角鋼構件只受兩端點約束時，將繞最小軸失穩(wěn)；而同時受兩端約束、側向支撐及扭轉約束時，單角鋼構件將繞平行軸失穩(wěn)，并提出新的簡化設計方法。2002年，Mengelkoch[9]等對單肢連接角鋼端部螺栓預緊力的影響進行試驗研究，發(fā)現端部螺栓的擰緊程度對角鋼構件承載力的影響不大。2005年，Rasmussen[10]等對寬厚比較大的角鋼構件進行分析，研究其局部屈曲情況，發(fā)現一般設計中對局部屈曲的處理過于保守。2010年，YiLiu和LinboHui[11]用有限元分析方法對偏心受壓單角鋼的受力性能進行研究，并將有限元分析結果與AISC設計規(guī)范中的計算結果對比，進而得出一種同時考慮角鋼受壓與繞主軸彎曲的承載力計算方法。2012年，Dinis[12]等用數值分析方法研究了等邊角鋼的整體和局部屈曲性能，闡明了整體屈曲和局部屈曲之間的區(qū)別，并為結構設計提出了合理建議。2016年，Oszvald[13]等通過試驗和數值
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