大跨越輸電塔鋼管節(jié)點承載力的試驗研究與理論分析.pdf

1、作為輸電線路鋼管塔關(guān)鍵部分的節(jié)點，各種構(gòu)件在此交匯，其應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象非常明顯。國內(nèi)外針對這方面的試驗研究和理論分析尚未充分展開。目前對于這類鋼管節(jié)點大多采用有限元法和應(yīng)力集中系數(shù)的方法來分析其受力性能，對管板節(jié)點及中空夾層鋼管混凝土節(jié)點的受力直到破壞的機(jī)理還沒有比較詳細(xì)的研究。按現(xiàn)有的各國規(guī)范給定的分析方法，計算結(jié)果過于保守，不僅使設(shè)計人員無法準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，而且對工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性造成不利影響。同時，對節(jié)點在受力

2、時可能引起管壁局部屈曲的問題以及加勁與未加勁的區(qū)別目前還沒有專門的方法來估算，而國外各規(guī)范的經(jīng)驗公式給出的參考值未能全面準(zhǔn)確的反映各種工況下的節(jié)點受力性能。因此對管板節(jié)點及中空夾層鋼管混凝土節(jié)點的極限承載力做深入的試驗與理論研究已成為目前需要盡快解決的問題。
　　 本文以某大跨越輸電工程中的高聳鋼管塔結(jié)構(gòu)為工程背景，對K型管板節(jié)點及中空夾層鋼管混凝土節(jié)點的受力性能進(jìn)行了研究，具體包括以下幾個方面的工作：
　　 (1)本文

3、對鋼管-插板連接的K型節(jié)點進(jìn)行了足尺試驗，通過試驗探討了節(jié)點在極限狀態(tài)下的破壞現(xiàn)象和破壞機(jī)理。并以試驗為參考，建立有限元分析模型。本文采用8結(jié)點實體單元進(jìn)行有限元模擬，并考慮材料非線性及幾何非線性，采用牛頓拉普森法進(jìn)行求解，將試驗結(jié)果與有限元分析結(jié)果及各國規(guī)范相應(yīng)的計算公式進(jìn)行對比分析，驗證了有限元模型的有效性。
　　 (2)隨后建立起適合本文研究內(nèi)容的有限元模型進(jìn)行節(jié)點參數(shù)分析，分析時考慮了主管軸力、加勁環(huán)板寬度、加勁環(huán)板高度

4、、主管管徑、主管壁厚以及節(jié)點板長度與厚度等因素的影響。通過研究，對管板連接節(jié)點的受力性能進(jìn)行了總結(jié)。
　　 (3)考慮環(huán)形加勁板的影響，對理論公式進(jìn)行了修正，并將修正后的計算公式值與試驗值和有限元計算值做了比對分析。
　　 (4)本文對中空夾層鋼管混凝土節(jié)點進(jìn)行了足尺試驗，通過試驗探討了節(jié)點在極限狀態(tài)下的破壞現(xiàn)象和破壞機(jī)理。從試驗結(jié)果來看，構(gòu)件的承載能力較高，作為模型的中空夾層鋼管混凝土節(jié)點構(gòu)件能滿足目標(biāo)荷載的要求且有一

5、定的安全儲備。隨后將試驗結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行了比較，驗證了有限元模型的有效性。
　　 (5)本文對中空夾層鋼管混凝土節(jié)點進(jìn)行了大量的有限元計算，考察了節(jié)點各個參數(shù)。外鋼管徑厚比a=D/t、支管間隙與外鋼管管徑之比β=g/D、支管與外鋼管壁厚之比γ=ti/t、支管與外鋼管管徑之比di/D以及主管軸向壓應(yīng)力與管材屈服強(qiáng)度之比η=σ/τy等參數(shù)對節(jié)點承載力的影響。同時也考察了支管與主管夾角θ及混凝土強(qiáng)度等級fcu的影響。計算結(jié)果表