基于子结构试验的高强角钢受力性能研究

以哈密北750kV特高压输电塔工程为依托,将Q420单根角钢设计在输电塔架的塔腿中进行破坏性静力试验研究。根据试验结果分析子结构中高强等边角钢的受力性能、极限承载力、失稳形式及变形幅值等指标,并与单根角钢试验结果进行对比。试验研究表明,子结构中的高强等边角钢失稳破坏形态为弯扭屈曲,变形集中在底跨跨中部分,支撑杆件对高强角钢起到了约束作用,降低了高强角钢的长细比,提高了子结构的承载力。     

Q420大规格双角钢十字组合截面构件受力性能

大规格双拼组合角钢构件相对于普通规格多角钢组合截面构件,以承载力高、施工简便和耗能少等优点,逐步在工程实践中的得到了推广。本文以Q420大规格双角钢十字组合截面构件为对象,构建了大规格双角钢十字组合截面构件的有限元模型,采用控制变量法,探讨了填板厚度、角钢壁厚、长细比、填板间距对大规格双拼组合角钢构件承载能力的影响规律;基于不同参数的计算结果,拟合了含有填板间距和长细比的填板设计公式,进而计算了大规格双角钢十字组合截面构件的承载力稳定系数,并将计算结果与国内外现行规范中的双拼角钢组合截面的柱子曲线进行了对比。研究结果表明：现行规范对Q420大规格双角钢十字组合截面构件承载能力的计算偏保守。     

单角钢轴压承载力试验对比及理论分析

国外线路工程按照ASCE 10-97设计,EPRI及SERC铁塔测试中心发现用该规范设计的铁塔失效概率为23%;而按照国标杆塔规范设计的输电塔经济指标过高。因此,有必要开展单角钢的轴压承载力试验,进一步提出合理的单角钢承载力设计方法。本文选取18根单角钢进行轴压承载力试验及有限元分析,考虑所用刀铰装置的有效计算长度系数,确定单角钢的轴压稳定承载力。随后,提出一个综合考虑长细比和宽厚比的轴压稳定承载力计算公式,并验证了其适用性,为国外线路工程杆塔设计提供可靠的依据。     

基于扩展有限元法的裂纹对输电塔角钢主材承载力的影响研究

受加工和服役中各因素的影响,输电铁塔中的角钢会出现裂纹.有必要研究裂纹对角钢承载力的影响程度,以确定检测方法和补修措施.本文针对某输电铁塔角钢主材出现的裂纹,基于裂纹扩展的COD准则和扩展有限元理论,采用ABAQUS模拟了角钢横向和纵向裂纹在拉力和压力作用下的扩展过程,研究了横向和纵向裂纹对输电塔角钢主材受拉和受压承载力的影响.结果表明:扩展有限元可以高效模拟角钢裂纹的扩展过程;横向裂纹和纵向裂纹均可降低角钢主材的受拉和受压承载力,但敏感程度不同.其中,角钢的纵向受拉承载力对横向裂纹的长度最为敏感.     

钢管角钢组合塔节点极限承载力影响因素分析

采用有限元软件ANSYS建立钢管角钢组合塔管板节点的三维实体模型,对其受力过程、承载力及其破坏模式进行分析,研究节点板长度、角钢厚度、角钢边宽以及角钢长度对钢管角钢组合塔管板节点极限承载力及破坏模式的影响。研究结果表明:在一定取值范围内,节点板长度的改变对节点的极限承载力几乎没有影响;角钢厚度对节点承载力影响显著,其承载力随着角钢厚度的增加而增大;角钢边宽和角钢长度对节点极限承载力的影响较小。研究结果可为钢管角钢组合塔的节点设计提供参考。     

八地脚塔脚板受拉承载力及其设计参数影响分析

针对我国输电铁塔基础结构中八地脚螺栓塔脚板的相关设计理论研究不成熟,尤其是现行设计规程关于其受拉承载力的计算公式还存在明显不合理的问题,对八地脚螺栓塔脚板开展了受拉承载力试验和仿真研究。设计并搭建塔脚板轴心受拉承载力试验测试系统,对16组塔脚板试件进行单调静力加载,通过试验现象观察和测试数据分析,获得塔脚板在加载进程中的受力机理和破坏模式,为仿真研究提供重要验证依据;基于试验结果,研究八地脚螺栓塔脚板有限元建模方法,通过大量仿真计算结果进一步探讨塔脚板受力机理和破坏模式,探究符合设计安全有效的塔脚板受拉承载力确定方法,并分析底板宽厚比、螺孔位置和加劲肋等塔脚板重要设计参数对其受拉承载能力的影响规律。以上研究将为八地脚螺栓塔脚板受拉承载力计算以及塔脚板参数优化设计提供一定的基础理论和设计参考。     

角钢塔典型节点受力性能有限元分析

【目的】研究角钢塔主斜材典型节点的受力特征。【方法】对角钢塔典型节点在有无辅材角钢及不同辅材角钢厚度、连接板厚度、螺栓间距等参数下的受力性能进行有限元分析,研究当紧固力矩为300 N·m时角钢塔节点在拉剪作用下的应力分布云图、极限承载力和破坏形态,并将典型工况的模拟结果与试验结果进行有效对比,验证有限元方法的有效性。【结果】有限元模拟结果与试验结果吻合良好,模拟得到的极限承载力和破坏形态与试验结果相近。【结论】增加连接板厚度可提高节点的极限承载力;增大辅材角钢厚度对提高节点承载力的作用不大,但有利于增强节点的初始刚度;螺栓间距对节点承载力有显著的影响,过小的螺栓间距易造成应力集中并降低极限承载力,建议最小螺栓间距应不小于3倍螺栓直径。     

冷弯卷边槽钢轴压屈曲机理试验与数值研究

对6根冷弯卷边槽钢进行了轴力加载试验.其中4根试件用以研究截面高宽比和长细比对试件屈曲行为、承载力等参数的影响；另2根组合试件用以对比分析组合作用以及组合形式对试件静力性能的改善.试验结果表明：截面高宽比、长细比以及偏心是影响板组效应与承载力的重要因素，能很大程度上影响试件的屈曲形式；组合作用能大大改善试件承载力，不同的组合形式还影响试件的屈曲形式.同时，建立了有限元数值模型，考虑几何和材料非线性，并考虑初始缺陷，将计算结果与试验进行了对比分析，分析结果显示试验与数值模拟吻合良好.     

特高压输电塔双角钢组合截面构件的承载力

电力事业迅猛发展,输电塔传统的单角钢构件已不能满足特高压、多回路、高荷载等要求,因此通过试验对特高压输电塔塔身主材规格为L160×12、L160×14、L160×16的3种双角钢组合十字形截面构件的极限承载力进行了研究,同时借助有限元方法分析了常用宽厚比下不同长细比、不同填板数量和布置位置等参数对构件承载力的影响,并进行了常用规范计算结果的对比。结果表明:其他规范和欧洲规范Eurocode 3对某些宽厚比试件是偏不安全的,美国ASCE10-97导则对该类试件均偏不安全,并提出计算长度修正公式;填板的最佳布置方式为均匀布置,存在最佳填板间距。     

负载下焊接加固铁塔角钢轴压构件的受力性能

为研究不同加固截面形式、初始负载大小对铁塔轴压角钢焊接加固后受力性能的影响,选择了方形和L形两种加固截面形式,在4档不同初始负载下进行了焊接加固角钢的轴压单调加载静力试验,得到了焊接加固后角钢的荷载位移曲线、极限稳定承载力和破坏模式.针对试验试件建立了有限元模型,进行了考虑焊接间接热力耦合方法的数值模拟计算.对比试验和数值计算结果表明:两种加固截面破坏模式为整体弯曲失稳;相对于方形加固截面试件,L形加固截面试件对于热输入的影响更加敏感,延性较差;当初始负载名义应力比不超过0.3时,可以忽略初始负载大小对加固后角钢轴压构件极限稳定承载力的影响.     

新疆高耸塔架建筑的抖振研究

以某大型输电塔架为工程实例,采用数值风洞试验与有限元计算相结合的方法,以新疆阿拉山口大风区不同高度处的风速时程作为荷载,研究了高耸输电塔架的抖振响应.输电塔的平均三分力系数在导线平面方向上明显大于垂直于导线平面方向,但其扭矩的作用较小.输电塔架下部风振作用的脉动特性强于上部,其各节点对附近其他节点的风振特性的影响程度与节点之间的距离密切相关,距离越近,干扰越强,反之则越弱.输电塔架的柔性越大,脉动风的作用就越显著,必须进行风致振动的分析.     

玻璃纤维增强复合材料输电塔节点承载力试验研究及有限元分析

为了推广玻璃纤维增强复合材料(GFRP)在输电线路中的应用,对GFRP进行了材料力学性能试验,获得了基本力学性能参数;进行了6个足尺寸GFRP节点试验,获得了节点构件的受力性能及破坏模式;对试验模型进行了有限元分析,数值结果与试验结果吻合较好。试验与数值分析结果表明:GFRP具有很高的拉伸强度,并且顺纤维方向的拉伸强度远远大于垂直纤维方向的拉伸强度;GFRP节点承载力高,可满足输电塔的安全要求,为方便GFRP节点设计,建议取主材轴向应变5×10-3作为此种GFRP节点极限承载力临界值;节点的薄弱部位位于钢套管与复合材料管的连接处,节点连接方式是影响节点极限承载力的主要因素。     

大型风电机组组合式塔架结构优化设计

为解决传统单管风力发电塔架在大型风电机组应用中加工、制作、安装和运输成本大幅上升的问题,提出一种新型组合式塔架结构,并对其进行结构优化设计.该塔架上部为传统单管式塔架,下部为四角钢十字形组合截面塔柱的格构式塔架.通过对四角钢十字形组合截面的轴压极限承载力进行分析,得到组合截面的稳定系数曲线.基于粒子群算法,综合考虑应力、频率和长细比约束等因素,对下部格构式塔架的形状和杆件截面进行优化.分析结果表明,组合式塔架结构可以解决传统单管式风力发电塔架的运输问题,且用钢量节省约34%.     

角钢埋入混凝土中抗拔锚固试验研究

通过１９个角钢埋入混凝土试件的抗拔破坏试验，分析了角钢与混凝土之间的粘结性能，研究了在轴拉荷载作用下角钢与混凝土之间粘度应力分布情况，得出辅助锚固对角钢的抗拔承载力的影响，给出角钢最小锚固长度的计算方法。     

角钢埋入混凝土中抗拔锚固试验研究

通过１９ 个角钢埋入混凝土试件的抗拔破坏试验，分析了角钢与混凝土之间的粘结性能，研究了在轴拉荷载作用下角钢与混凝土之间的粘结应力分布情况，得出辅助锚固对角钢的抗拔承载力的影响，给出角钢最小锚固长度的计算方法     

基于OpenSees的钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能有限元分析

为研究钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能,基于已有试验研究成果,利用OpenSees有限元软件,对钢管混凝土柱-钢梁错层节点进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比,两者较吻合。通过数值模拟,分析了轴压比、混凝土强度等级和钢材强度等参数对钢管混凝土柱-钢梁错层节点抗震性能的影响。结果表明:在轴压比为0.3～0.7范围内,随轴压比增大,结构承载力降低明显;随混凝土强度等级提高,试件极限承载力特征值增大较为明显,最大增幅达9.39%;通过对比发现,合理提高钢材强度可以有效增加结构承载力和延性,当模拟计算Q345钢材时,试件极限承载力增加了26.08%,破坏点位移值增加了8.41%。     

螺栓连接对外力荷载下输电塔的影响

为保证送电线路的安全运行,在输电塔设计过程中需对沿线的气象情况进行等效外力荷载的转换并模拟验算.传统的结构有限元分析方法通常将角钢间的螺栓连接简化为刚接或铰接,忽略其滑移、偏心效应,在进行外力荷载下的输电铁塔的力学特性分析中存在较大误差.基于ANSYS软件,在考虑塔身斜撑杆螺栓滑移的初始滑移模型的基础上,进一步引入塔腿和塔头部位螺栓连接的影响,建立了改进滑移模型,数值结果同时与初始滑移模型和两种传统模型进行对比.首先通过全尺寸塔的动、静态试验结果验证了新模型的合理性,进而研究最大工作荷载工况下的模型响应.结果表明:改进滑移模型优化了弯曲模态频率的预测,并能够真实模拟输电塔的变形和轴力情况.螺栓连接的影响程度还与荷载组合工况相关,对于分析最危险的导线断线工况,考虑塔腿和塔头螺栓连接的影响十分有必要.     

带肋中空夹层钢管自密实混凝土轴压性能研究

设计5类带肋中空夹层钢管自密实混凝土结构以满足此类钢-混凝土组合结构运用于类似风电塔架等高耸结构的要求。对设计的5类结构试件进行轴压试验，研究了试件在试验过程中的变形情况、破坏形式、荷载与应变关系和肋板布置方式对试件承载力的影响；验证有限元计算模型有效性之后，对试件在全过程受荷中的刚度变化，延性特性和内、外钢管的工作机理进行研究分析。最后提出综合性能评价标准衡量5类试件在非线性工作阶段的受力性能。通过这一系列的研究表明，在钢管中焊接与试件相同高度的通长肋板对试件包括承载力在内的各方面受力性能有显著的提高，而在钢管中焊接分层肋板对试件除了延性性能之外的各方面受力性能都有不同程度的降低。     

粘贴角钢加固T型混凝土梁受弯性能试验

目的为研究粘贴角钢加固T型混凝土梁的受弯性能及影响因素.方法设计了8根T型混凝土梁,考虑角钢加固量、混凝土等级、配筋率、U型箍间距4个因素,进行T型混凝土梁受弯性能试验.结果增大角钢加固量,极限承载力提高幅值最大.增大配筋率,极限承载力提高幅值最小;过大的角钢加固量及U型箍间距会使加固件延性降低;U型箍间距较小的试件,钢筋应变发展缓慢,但角钢加固量对钢筋应变影响很小;角钢加固量较大的试件,角钢应变发展较为缓慢,而U型箍间距对角钢的应变影响甚微.结论采用粘贴角钢的方法能够很好地改善T型混凝土梁的受弯性能,且裂缝和应变的发展均有所延缓,在工程实践中可以采用该方法对T型混凝土梁进行加固.     

高耸结构极限承载力研究

通过对某高耸塔架结构进行在风荷载和自重荷载作用下的极限承载力分析,研究了高耸塔架结构在受荷过程中的结构内力变化情况,并讨论了影响高耸塔架结构极限承载力的一些因素。