螺栓预紧力对输电杆塔强度的影响

针对实际线路段,利用ABAQUS软件建立塔线耦合体系有限元模型,数值模拟该塔线体系在典型荷载作用下的应力和变形.根据现场倒塔情况,建立杆塔破坏局部区域三维实体模型,并与其它部分杆梁模型连接得到杆塔整体有限元模型.三维局部区域模型考虑了螺栓和连接板之间的连接细节、螺栓预紧力、螺杆和螺孔之间的间隙等.进而数值模拟研究螺栓预紧力大小对螺栓的滑移和杆塔构件应力的影响.结果表明,过小的预紧力会导致螺栓产生明显滑移,增大螺栓和杆塔构件的应力,因而螺栓预紧力不足可能是导致杆塔破坏的主要原因之一.     

输电塔螺栓节点滞回特性数值模拟研究

输电塔在振动过程中，螺栓节点会发生往复运动，但目前尚缺乏针对螺栓节点动力特性的研究.因此，对螺栓滑移进行了数值模拟，分析了其在循环荷载作用下的滞回性能，并通过参数分析研究了初始间隙、螺栓扭矩、接触面粗糙度对典型螺栓节点滞回性能的影响，为模拟螺栓滑移的动力响应提供了一种可供参考的滞回模型.结果表明，初始间隙越小、摩擦系数越大、初始扭矩越大，滞回曲线的极限变形越小，其中初始间隙对滑移变形的影响最大.     

螺栓滑移对非均匀沉降输电塔承载能力的影响初探

随着煤矿采空区的扩大和西部冻胀区输电塔数量的增加,非均匀沉降对输电塔的影响研究显得越来越重要.目前,输电塔的设计和研究大多忽略螺栓滑移的影响.本研究建立了一个模型塔,选取塔中典型的螺栓接头,通过实验得出接头的力-位移关系曲线,并用非线性弹簧将其引入到有限元分析中.分别建立了含滑移和不含滑移两种输电塔模型,利用有限元软件ANSYS探讨了滑移对承受非均匀沉降输电塔的承载能力的影响.分析表明,无沉降时,两种模型得出的承载能力相差不大;有沉降时,不考虑滑移的模型塔承载能力随沉降量的增加而大幅下降,而考虑滑移模型塔的承载能力下降相对较缓慢.考察杆件受力,发生沉降后,螺栓滑移使塔腿产生附加内力,而各层斜撑杆的内力则趋于均匀.本研究结论对于实际承受非均匀沉降输电塔的承载能力评估具有指导意义.     

摩擦型高强螺栓传力性能及缺失的非线性分析

针对钢桁梁桥摩擦型高强螺栓连接出现的螺栓缺失问题,利用ANSYS软件,采用壳单元模拟连接板件,弹簧单元模拟接触面相互作用,对摩擦型高强螺栓连接进行了设计状态和螺栓缺失状态下的非线性有限元分析。结果表明:摩擦型高强螺栓连接发生滑移后,外荷载与螺栓所传剪力之间呈现非线性关系;在无滑移状态,各螺栓所传剪力沿外力方向和其垂直方向均为外侧大,中间小,滑移后趋向均匀;随螺栓缺失个数的增加,螺栓群初始滑移荷载、极限滑移荷载和缺失排螺栓传力比均减小,无滑移和局部滑移时相邻排增大最明显,全面滑移后其余各排则同等增大。因此,在高强螺栓连接的设计中,应对螺栓群受力是否进入非线性进行判断,以确定各排螺栓的实际传力比。     

滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析

滑坡区输电线路由于风荷载作用产生的附加内力,承受地表变形能力大幅降低,极易发生断线、倒塔等事故,因此对输电塔线体系在风荷载和地表变形作用下进行安全性研究具有重要意义。以滑坡区某220 kV输电线路为研究对象,建立两塔三线体系有限元模型,并通过Kaimal谱和线性滤波法建立风荷载模型,对输电塔线体系在无风工况下的抗变形能力和设计风速工况下的动力响应进行分析。结果表明,在无风工况下,塔腿的沉降变形对输电塔线体系的影响最严重,铁塔发生屈服的杆件主要位于塔脚点、第一横隔材与斜材连接点以及第一横隔材与主材连接点;在设计风速条件下,塔线体系大部分工况仅能承受正常无风工况下的塔腿变形的60%～80%,垂直于线路方向的双腿沉降工况抗变形能力下降得最严重,仅能承受正常工况的30%,同时,塔线体系导、地线的应力以及塔头的位移均会在动力响应达到峰值时超限,从而导致塔线结构失效。     

滑坡灾害下500 kV铁塔安全性分析

输电线路铁塔基础周围发生滑坡时,将引起铁塔基础的变形,威胁到输电线路的安全运行.采用有限元法运用ANSYS软件建立了500 kV输电铁塔仿真模型,模拟滑坡灾害下输电铁塔基础的变形,分析了不同工况输电铁塔的应力变化.结果表明:90°大风A腿水平滑移工况为滑坡灾害下铁塔基础变形的控制工况;输电铁塔转角外侧和顺线路方向基础周围发生滑坡时对铁塔的安全性影响大;铁塔塔材首先发生屈服破坏的位置处于铁塔第一道横隔材与其斜材的连接处,其次为铁塔塔脚处.     

基于构造节点模型的输电铁塔有限元分析

为获得较为理想的输电铁塔建模模型,本文对输电铁塔各种常见螺栓连接节点进行了研究,建立了各种常见螺栓连接节点的简化模型,利用各种构造节点模型来模拟铁塔节点的真实受力情况.文中建立了桁梁模型和考虑构造节点的模型,将其仿真数据与真实实验铁塔进行了比较.结果表明,考虑构造节点的模型的误差明显小些,铁塔主材处两模型的误差值相对变化较小,在斜材、辅材等处,考虑了构造节点的模型比桁梁模型相对于真塔实验值的误差总体明显减小.在一些特殊试验点,误差减小幅度很大,这充分说明了构造节点对铁塔的影响不可忽视,也说明了构造节点模型在铁塔建模中的有效性.     

有螺栓预紧力的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓预紧力对T型连接初始刚度的影响,基于连续梁模型对有预紧力时不考虑和考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法进行了研究,给出了其初始刚度的计算公式.对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到不同参数对有预紧力T型连接初始刚度的影响规律.研究结果表明,随着螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大和翼缘厚度的减小,螺栓抗弯刚度对连接初始刚度的影响逐渐增大.对于有螺栓预紧力的普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时初始刚度的计算结果较不考虑时提高约6%;但对于有螺栓预紧力的高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于有螺栓预紧力的高强钢T型连接,计算其初始刚度时不可忽略螺栓的抗弯刚度.     

考虑半刚性连接的输电塔结构离散优化设计方法

输电塔半刚性节点会对结构内力及变形产生不可忽视的影响，然而，在传统的输电塔结构优化设计中，输电塔节点的半刚性连接往往被简化为铰接。为了准确评估输电塔的实际响应并对输电塔进行合理优化设计，以考虑半刚性连接的输电塔为研究对象，通过使用弹簧单元模拟半刚性节点的弯矩-转角关系，建立了半刚性连接的输电塔有限元模型，并提出了半刚性连接输电塔的优化数学模型和优化设计方案，发展了一种考虑半刚性连接的输电塔结构离散优化设计方法。优化结果表明：文中方法能够在满足结构应力及变形约束的条件下有效降低输电塔钢材的消耗量，节约了工程造价成本，具有良好的经济效益。     

考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算方法

为深入了解螺栓抗弯刚度对T型连接初始抗弯刚度的影响,探讨了现阶段T型连接刚度的不同理论计算方法,并分析了不同计算方法的优缺点;在此基础上,采用连续梁模型导出了考虑螺栓抗弯刚度的T型连接初始刚度计算公式;将公式计算结果与可靠的有限元模型计算结果进行对比,验证了公式的正确性;进而对影响T型连接初始刚度的翼缘厚度和螺栓位置进行了参数分析,得到了不同参数的影响规律.研究结果表明:随着翼缘厚度的减小和螺栓轴线至翼缘边缘距离的增大,螺栓抗弯刚度对T型连接初始刚度的影响增大;对于普通钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度时T型连接初始刚度的计算结果较不考虑时提高的幅度不足5%;但对于高强钢T型连接,考虑螺栓抗弯刚度的计算结果较不考虑时提高约30%.因此,对于高强钢T型连接,计算其初始刚度时,不可忽略螺栓的抗弯刚度.     

多尺度模型下高压输电钢管塔关键节点失效模式的研究

为探究多尺度模型下高压输电钢管塔关键节点在极端气候条件下的失效模式,以某大跨越直线塔为研究背景,提出了一种在有限元软件ABAQUS中实现不同尺度单元连接的方法,并验证了跨尺度连接的合理性。建立了结构行为一致多尺度输电钢管塔模型,通过对比分析证明了多尺度模型的合理性。对输电塔可能遇到的大风、覆冰、断线三种极端气候工况进行了数值模拟,通过对数值模拟结果的分析,得到了不同工况下输电塔关键节点的失效模式,为高压输电钢管塔的设计和维修加固提供了可靠的依据。     

不同连接方式的不锈钢梁柱节点的抗震性能有限元分析

目的研究国内S316L不锈钢材料梁柱栓焊连接节点的承载性能及变形能力,比较不同种类螺栓(不锈钢螺栓A4-80、A4-70及达克罗8.8级)所对应的节点力学性能的差异.方法考虑不锈钢材料抗滑移系数较小,所以将摩擦型连接改进为承压型连接开孔受力,并分别对8 mm、12 mm、14 mm、16 mm的不同厚度不锈钢板材进行材性试验;通过数据处理得出材料精确的本构关系,根据S316L不锈钢材及3种螺栓材料本构关系,采用高效精确的有限元模型对不锈钢材梁柱节点在梁端施加循环往复荷载,进行循环加载下的受力性能模拟分析.结果延性系数最好的是达克罗8.8级所对应的节点,延性系数为4.2,另外两种螺栓对应的节点延性系数基本相同,都达到4.1,模拟结果与试验较符合.结论 3种螺栓对应的节点承载性能和抗震性能相差不大,综合考虑金属间腐蚀和价格等因素,建议选用A4-70螺栓应用于不锈钢梁柱栓焊节点中.     

不同风向下输电塔对气象监测的塔影干扰效应

针对均匀风荷载作用下5C3-SJ3型输电塔的绕流流场开展数值模拟,探究0°～180°风向角范围内,输电塔对气象监测的塔影干扰效应。通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟输电塔周围绕流流场,湍流模型采用Realizable k-ε模型,并且运用切割体网格技术对计算域进行网格划分。通过探究各截面风速变化较小的区域,讨论不同风向下塔影干扰效应最小的截面,揭示了风向角对输电塔塔影干扰效应的影响规律。结果表明：塔腿横隔面和塔身横隔面中迎风侧杆件附近的塔影干扰效应最小,可考虑将气象监测点设置在相应位置上。通过三维计算流体动力学的方法,确定了塔影干扰效应较小的区域,并分析了风向角对塔影干扰效应的影响程度。研究结果对风资源数据的准确评估具有一定的指导意义。     

钢-混凝土组合螺栓连接件极限强度及剪力-位移关系

对11个装配式剪力墙的钢-混凝土组合螺栓(SCCB)连接件进行单调拉伸试验,借鉴传统螺栓连接件的计算方法并考虑盖板翘曲影响,推导出SCCB连接件的极限强度计算方法.将SCCB连接件剪力-位移曲线分为弹性阶段、滑移阶段和滑移后阶段;考虑SCCB连接件栓杆较长、混凝土受芯板约束的特点,对2种已有螺栓连接件剪力-位移关系经验模型进行修正并应用于滑移后阶段.结果表明:试验中存在孔壁挤压和栓杆剪断2种破坏模式,多数试件在破坏过程中伴随盖板翘曲现象;极限强度计算值与试验值吻合较好,试验值与计算值比值的均值和变异系数分别为1.03和0.089;修正Rex模型和修正Liu模型均可较好地反映连接件在单调拉伸荷载作用下发生孔壁挤压破坏时的剪力-位移关系.     

输电线路铁塔锈蚀塔腿补强措施及仿真计算

输电线路铁塔塔腿锈蚀问题现已严重影响到输电线路安全稳定运行.为此,利用ANSYS有限元分析软件针对已锈蚀铁塔主材建立了桁架混合模型,对已锈蚀塔腿主材在最恶劣运行工况下的受力情况进行了计算,由计算结果提出了一种新型加固方案—分解加固法,并以加固补强后的铁塔为基础重新建立了仿真计算模型,对补强后铁塔的应力强度及整体稳定性进行了分析,验证了该种加固补强方案在力学性能方面的可行性;同时从施工周期、施工难易程度、以及经济性方面与传统的铁塔加固补强方案进行了对比,所提出的的新型补强方案均明显优于传统方案.     

风荷载作用下输电线路数值模拟及金具失效分析

为了缓解风荷载作用下输电线路动力响应造成电力金具断裂失效等问题,通过建立整体输电线路有限元模型,利用随高度变化的Kaimal风速谱和Davenport互相关谱,用谐波叠加法模拟沿输电线路方向多点互相关的随机风风速时程曲线,利用模拟的随机风荷载进行输电线路动力响应分析,提取导线单元的应力并换算为传递给线夹的集中力,对比稳定风荷载计算方法,建立随机风荷载和稳定风荷载两种典型的荷载工况,再通过ABAQUS建立整体连接金具有限元模型,研究了输电线路整体结构中连接金具及复合绝缘子的应力情况。结果表明:风荷载对金具应力有显著影响;在整体模型中,球头挂环较其他金具容易发生断裂破坏,其次是线夹和直角挂板;复合绝缘子杆部连接处采用球头球窝连接方式,容易产生较大弯曲应力而造成杆部过渡处断裂。     

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。     

不同加载方式对输电铁塔风致响应的影响

为了评估高压输电塔线体系在强风作用下的安全性能,采用数值模拟方法研究不同建模思路对杆塔力学性能的影响。首先,采用ABAQUS软件建立了500 kV输电线路“一塔两档线”的有限元模型,并利用Kaimal谱模拟随机风速。然后分别建立塔线分离、塔线耦合动力加载方式和等效静力加载方式三种风致响应模型,研究典型工况下不同加载方式对杆塔力学性能的影响。结果表明,三种模型得到的危险区域一致,仅最大数值稍有差异。塔线耦合效应会使杆塔的应力、位移响应波动频繁,采用动力学加载的结果数值均大于等效静力加载,但等效静载模型计算效率最高,可作为后续杆塔轴力计算和螺栓松动研究的优先选择。     

基于ANSYS的输电铁塔极限承载力研究

运用有限元仿真软件ANSYS建立了输电铁塔的有限元仿真模型．进行60°风工况的极限承载力分析,仿真结果表明：输电铁塔破坏位置发生在变坡处的塔腿上,破坏极限为1．67倍的100％设计荷载．     

运转工况下风电塔抗震分析

为了研究运转工况下风电塔的地震响应及倒塔模式,使用风电塔设计软件FAST建立风电塔模型,比较停机和运转不同工况下的结构响应,并在运转工况下通过改变地震动输入方向研究不同风震组合角对结构响应的影响,得到最不利工况;使用ABAQUS建立风电塔的精细化有限元模型,将FAST计算的塔顶风荷载导入ABAQUS开展分析计算.将基于叶素理论计算的塔顶荷载与FAST计算结果进行对比,并进一步将弹性阶段ABAQUS与FAST模拟的塔顶位移进行对比,校验分析方法的合理性.利用ABAQUS模型将地震动调幅,开展倒塔模拟.研究结果表明运转工况下最不利风震组合角是90°,强震下塑性铰在塔身下部出现并向中上部发展,最终该风电塔在中上部发生破坏.