750kV格构式构架钢管空间节点极限承载力研究和可靠性设计

发布时间：2017-06-26 13:22

  本文关键词：750kV格构式构架钢管空间节点极限承载力研究和可靠性设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国电力行业的高速发展,大跨越和高耸的钢管结构应用也越来越频繁。相对角钢结构,钢管结构具有良好的受力性能,受流体阻力小,稳定性好,因而受到广泛应用。在大型变电格构式构架中,钢管节点普遍采用插板连接形式,虽然这种连接形式便于加工、制作和施工,但是十分耗费钢材。为了节约成本,构架节点中部分支管采用相贯焊接,这就形成了一种新型的空间节点:节点的一面采用相贯焊接,另一面采用插板连接。目前国内外对这种节点的研究甚少,针对这种情况,本文对这种新型节点展开了一系列研究,具体工作如下:(1)以青海佑宁750kV变电站(GIS布置)为依托,在750kV格构式构架中引入一种新型的柱节点:钢管格构柱在等宽度的窄面节点采用相贯焊,变宽度的宽面节点仍然采用插板连接;同时引入一种新型的梁节点:钢管格构梁在上下面平面节点采用相贯焊,前后面平面节点仍然采用插板连接。本文对其中典型的一种梁节点和一种柱节点进行了单调静力加载的真型试验,分析了节点的受力性能、破坏形态和极限承载力,得到了节点的荷载—应变曲线和荷载—位移曲线。(2)采用非线性有限元软件ANSYS建立节点模型,将计算结果与试验结果进行对比分析,发现计算结果与试验结果基本一致,验证了模型的适应性,为参数分析奠定了基础。(3)通过对试验结果的分析,筛选出可能影响节点极限承载力的参数,如主管径厚比、支管与主管的直径比、支管与主管的管厚比等。运用参数化有限元模型,分析了不同参数对节点极限承载力的影响情况。(4)提出了复杂节点基于可靠度的概念设计方法。首先拆分节点,用现行规范、规定对节点的主管、支管、节点板分别进行承载能力极限状态设计。然后通过ANSYS的概率分析模块PDS对设计出的节点进行可靠性分析,得到主管和最弱的支管、节点板的可靠指标,并与目标可靠指标比较。根据可靠指标与目标可靠指标的差距,对节点进行二次设计。对比极限状态设计和二次设计后的主管、最弱支管、最弱节点板的尺寸或强度,提出相应的系数,用于其他支管和节点板的设计。最终使节点强度大于主管强度,主管强度大于支管强度,并且各部分的可靠指标应大于等于目标可靠指标,保证节点的安全性和经济性。
【关键词】：钢管节点 真型试验 有限元模型 参数分析 可靠度概念设计
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU392.3
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 钢管节点类型及特点9-11
• 1.3 钢管节点承载力研究现状11-12
• 1.3.1 相贯节点研究现状11
• 1.3.2 插板节点研究现状11-12
• 1.4 钢管节点承载力研究方法12
• 1.5 本文主要研究内容12-15
• 2 750kv钢管格构式构架梁柱节点试验15-41
• 2.1 试验目的15
• 2.2 试验方案15-23
• 2.2.1 试验节点15-16
• 2.2.2 加载工况16
• 2.2.3 测点布置16-19
• 2.2.4 试验装置及加载制度19-23
• 2.3 试验结果23-39
• 2.3.1 梁节点 2-123-27
• 2.3.2 梁节点 2-227-30
• 2.3.3 梁节点2试验结果对比30-31
• 2.3.4 柱节点 4-131-35
• 2.3.5 柱节点 4-235-39
• 2.3.6 柱节点4试验结果对比39
• 2.4 本章小结39-41
• 3 有限元模型建立41-51
• 3.1 相关理论41-42
• 3.2 有限元计算模型42-49
• 3.2.1 分析程序42
• 3.2.2 材料性能42-44
• 3.2.3 单元类型和网格化分44-45
• 3.2.4 边界条件和加载方式45
• 3.2.5 焊缝模拟45
• 3.2.6 有限元模型适应性验证45-49
• 3.3 本章小结49-51
• 4 有限元参数分析51-67
• 4.1 引言51
• 4.2 梁节点2的参数分析51-60
• 4.2.1 几何参数51
• 4.2.2 破坏模式分类51-53
• 4.2.3 破坏模式分布规律53
• 4.2.4 几何参数对极限承载力的影响53-60
• 4.3 柱节点4的参数分析60-65
• 4.3.1 几何参数60
• 4.3.2 破坏模式分类60-61
• 4.3.3 破坏模式分布规律61-62
• 4.3.4 几何参数对极限承载力的影响62-65
• 4.4 本章小结65-67
• 5 节点可靠性分析及优化设计67-105
• 5.1 引言67
• 5.2 梁节点2的承载能力极限状态设计67-74
• 5.2.1 拆分梁节点68
• 5.2.2 相贯节点极限状态设计68-70
• 5.2.3 主管与节点板1相连的管板节点极限状态设计70-72
• 5.2.4 主管与支管7相连的管板节点极限状态设计72-73
• 5.2.5 主管与支管8相连的管板节点极限状态设计73
• 5.2.6 支管的极限状态设计73-74
• 5.3 柱节点4的承载能力极限状态设计74-79
• 5.3.1 拆分柱节点74-75
• 5.3.2 相贯节点极限状态设计75-76
• 5.3.3 主管与支管 5、6 相连的管板节点极限状态设计76-78
• 5.3.4 主管与支管7相连的管板节点极限状态设计78-79
• 5.3.5 支管的极限状态设计79
• 5.4 可靠性概念及可靠度计算方法79-84
• 5.4.1 结构可靠度及可靠指标79-80
• 5.4.2 结构可靠度计算方法80-84
• 5.5 梁节点2的可靠性分析84-91
• 5.5.1 参数化建模84-86
• 5.5.2 随机变量的选取86
• 5.5.3 响应面法分析86-88
• 5.5.4 PDS后处理88-91
• 5.6 梁节点2的二次设计91-95
• 5.6.1 确定系数91-93
• 5.6.2 响应面法分析93
• 5.6.3 PDS后处理93-95
• 5.7 柱节点4的可靠性分析95-100
• 5.7.1 参数化建模95-96
• 5.7.2 随机变量的选取96-97
• 5.7.3 响应面法分析97-98
• 5.7.4 PDS后处理98-100
• 5.8 柱节点4的二次设计100-104
• 5.8.1 确定系数100-101
• 5.8.2 响应面法分析101-102
• 5.8.3 PDS后处理102-104
• 5.9 本章小结104-105
• 6 结论与展望105-107
• 6.1 结论105-106
• 6.2 展望106-107
• 致谢107-109
• 参考文献109-111
• 附录111-119
• A.节点位置索引图111-113
• B.表格113-119

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本文编号：486318