输电塔加固腹杆角钢构件承载能力的研究
发布时间：2021-07-06 01:18
随着供电需求的增加以及恶劣环境的影响,现存输电塔中部分主要杆件存在承载力不足的问题。然而,现有加固方法多为在原材上打孔后并联上副材的加固形式;不仅高空作业难度大,还可能对原结构造成损害。本文提出了一种新型的夹具式加固方案,并对其应用于输电塔中腹杆以及部分受拉杆件的情况进行了研究。输电塔中腹杆为两端单肢连接的偏压角钢构件,受力情况比较复杂。本文首先用有限元软件研究了两端单肢连接偏压角钢的受力性能,明确了不同杆件的破坏形式和极限承载能力,为试件加固后的加固效果提供参考依据。进而对加固方案中镀锌角钢接触面间的摩擦系数以及加固受拉角钢时原角钢和加固角钢间的传力效率进行了试验研究,验证了加固方案的有效性。在本文摩擦系数测定试验以及相关课题对轴心受压角钢加固后试件的试验研究基础上,采用相同的有限元建模方法分析了单肢连接两端偏压角钢加固后的受力情况;分别考虑了角钢截面规格、角钢长细比λ、角钢宽厚比b/t、角钢材料屈服强度fy、紧固件间距K、紧固件中螺栓预紧力大小T、加固角钢肢厚t1、加固角钢与连接板端部的竖向间隙S1等参数对偏压角钢加...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输电塔架在风雪荷载下的破坏
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题背景和意义输电塔架是支撑输电线路中导线、地线的重要构筑物，其结构的安全可靠性是整个电力系统正常工作的重要保证[1]。输电塔多采用钢桁架的结构形式，由塔脚、塔腿、塔身、塔颈、横担、和顶架组成。塔身杆材分为主材、斜材和辅助材，主材是主要受力杆件，截面尺寸相对较大；斜材也称为腹杆，常用的腹杆布置形式有单腹杆系、双腹杆系、再分式腹杆系、K形腹杆系和倒K形腹杆系；辅助材主要起减小主材、斜材的计算长度的作用，在输电塔整体有限元建模分析中，一般不参与受力计算。合理确定塔架结构体系、杆件的承载力以及连接强度，是塔架设计及抗风雪灾害评估的关键环节。近年来，随着我国国民经济的快速增长，电力需求持续增加，国家电网对输电线路的可靠性提出了更高的要求。然而，恶劣天气导致区域性输电塔倒塔事故频发，输电塔一线体系破坏造成的损失巨大。输电塔架破坏原因主要为在过大的风雪荷载作用下，塔架中部分关键主杆、腹杆发生强度或失稳破坏，从而使整个结构体系发生倒塌。典型输电塔架整体破坏及对承载力不足的杆件进行加固的过程如图1-1、1-2所示。图1-1输电塔架在风雪荷载下的破坏图1-2输电塔的加固过程2008年，我国南方、华中和华东地区先后四次遭受低温雨雪冰冻气候袭击，最大连续冰冻日数已超过历史冬季最大值，达百年一遇。持续低温、雨雪、大风天气给浙江、安徽、福建、河南、湖南、湖北、江西、四川、重庆、广东、广西、云南和贵州共13个省份的电力系统运行造成严重影响。调查表明，该地区的电力设施的抗冰设计标准是30年一遇，而实际荷载远超设计荷载值，加上较大风力的共同影响，成为倒搭灾害的主要原因。从灾害统计结果来看，几乎所有倒塌
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-角钢桁架中弦杆节点处的两腹杆应放置在弦杆的同一侧。图1-3腹杆放置于弦杆同侧图1-4腹杆放置于弦杆两侧1991年，Elgaaly[6]等将角钢放置于钢桁架中进行试验，研究了在角钢不同截面规格、长细比下，端部连接螺栓个数对桁架结构中受压角钢承载力的影响情况。结果表明：两个螺栓连接的节点，其单角钢稳定系数比一个螺栓连接节点时高28%左右。1997年，Temple[7]等对不同长细比的单肢连接角钢进行试验研究，明确了角钢失稳时的弯曲轴；同时对采用不同厚度节点板连接的单角钢进行了受压试验，研究了节点板对角钢端部约束的影响。结果表明：节点板厚度对角钢稳定承载力有较大影响。1999年，Earls[8]等通过有限元分析，研究了角钢材料非线性、几何非线性以及残余应力等初始缺陷对角钢稳定承载力的影响。发现单角钢构件只受两端点约束时，将绕最小轴失稳；而同时受两端约束、侧向支撑及扭转约束时，单角钢构件将绕平行轴失稳，并提出新的简化设计方法。2002年，Mengelkoch[9]等对单肢连接角钢端部螺栓预紧力的影响进行试验研究，发现端部螺栓的拧紧程度对角钢构件承载力的影响不大。2005年，Rasmussen[10]等对宽厚比较大的角钢构件进行分析，研究其局部屈曲情况，发现一般设计中对局部屈曲的处理过于保守。2010年，YiLiu和LinboHui[11]用有限元分析方法对偏心受压单角钢的受力性能进行研究，并将有限元分析结果与AISC设计规范中的计算结果对比，进而得出一种同时考虑角钢受压与绕主轴弯曲的承载力计算方法。2012年，Dinis[12]等用数值分析方法研究了等边角钢的整体和局部屈曲性能，阐明了整体屈曲和局部屈曲之间的区别，并为结构设计提出了合理建议。2016年，Oszvald[13]等通过试验和数值
本文编号：3267222
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：137 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
输电塔架在风雪荷载下的破坏
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-1-第1章绪论1.1课题背景和意义输电塔架是支撑输电线路中导线、地线的重要构筑物，其结构的安全可靠性是整个电力系统正常工作的重要保证[1]。输电塔多采用钢桁架的结构形式，由塔脚、塔腿、塔身、塔颈、横担、和顶架组成。塔身杆材分为主材、斜材和辅助材，主材是主要受力杆件，截面尺寸相对较大；斜材也称为腹杆，常用的腹杆布置形式有单腹杆系、双腹杆系、再分式腹杆系、K形腹杆系和倒K形腹杆系；辅助材主要起减小主材、斜材的计算长度的作用，在输电塔整体有限元建模分析中，一般不参与受力计算。合理确定塔架结构体系、杆件的承载力以及连接强度，是塔架设计及抗风雪灾害评估的关键环节。近年来，随着我国国民经济的快速增长，电力需求持续增加，国家电网对输电线路的可靠性提出了更高的要求。然而，恶劣天气导致区域性输电塔倒塔事故频发，输电塔一线体系破坏造成的损失巨大。输电塔架破坏原因主要为在过大的风雪荷载作用下，塔架中部分关键主杆、腹杆发生强度或失稳破坏，从而使整个结构体系发生倒塌。典型输电塔架整体破坏及对承载力不足的杆件进行加固的过程如图1-1、1-2所示。图1-1输电塔架在风雪荷载下的破坏图1-2输电塔的加固过程2008年，我国南方、华中和华东地区先后四次遭受低温雨雪冰冻气候袭击，最大连续冰冻日数已超过历史冬季最大值，达百年一遇。持续低温、雨雪、大风天气给浙江、安徽、福建、河南、湖南、湖北、江西、四川、重庆、广东、广西、云南和贵州共13个省份的电力系统运行造成严重影响。调查表明，该地区的电力设施的抗冰设计标准是30年一遇，而实际荷载远超设计荷载值，加上较大风力的共同影响，成为倒搭灾害的主要原因。从灾害统计结果来看，几乎所有倒塌
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-角钢桁架中弦杆节点处的两腹杆应放置在弦杆的同一侧。图1-3腹杆放置于弦杆同侧图1-4腹杆放置于弦杆两侧1991年，Elgaaly[6]等将角钢放置于钢桁架中进行试验，研究了在角钢不同截面规格、长细比下，端部连接螺栓个数对桁架结构中受压角钢承载力的影响情况。结果表明：两个螺栓连接的节点，其单角钢稳定系数比一个螺栓连接节点时高28%左右。1997年，Temple[7]等对不同长细比的单肢连接角钢进行试验研究，明确了角钢失稳时的弯曲轴；同时对采用不同厚度节点板连接的单角钢进行了受压试验，研究了节点板对角钢端部约束的影响。结果表明：节点板厚度对角钢稳定承载力有较大影响。1999年，Earls[8]等通过有限元分析，研究了角钢材料非线性、几何非线性以及残余应力等初始缺陷对角钢稳定承载力的影响。发现单角钢构件只受两端点约束时，将绕最小轴失稳；而同时受两端约束、侧向支撑及扭转约束时，单角钢构件将绕平行轴失稳，并提出新的简化设计方法。2002年，Mengelkoch[9]等对单肢连接角钢端部螺栓预紧力的影响进行试验研究，发现端部螺栓的拧紧程度对角钢构件承载力的影响不大。2005年，Rasmussen[10]等对宽厚比较大的角钢构件进行分析，研究其局部屈曲情况，发现一般设计中对局部屈曲的处理过于保守。2010年，YiLiu和LinboHui[11]用有限元分析方法对偏心受压单角钢的受力性能进行研究，并将有限元分析结果与AISC设计规范中的计算结果对比，进而得出一种同时考虑角钢受压与绕主轴弯曲的承载力计算方法。2012年，Dinis[12]等用数值分析方法研究了等边角钢的整体和局部屈曲性能，阐明了整体屈曲和局部屈曲之间的区别，并为结构设计提出了合理建议。2016年，Oszvald[13]等通过试验和数值
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