大跨越輸電塔鋼管節(jié)點(diǎn)承載力的試驗(yàn)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(diǎn)，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(guó)內(nèi)外針對(duì)這方面的試驗(yàn)研究和理論分析尚未充分展開(kāi)。目前對(duì)于這類(lèi)鋼管節(jié)點(diǎn)大多采用有限元法和應(yīng)力集中系數(shù)的方法來(lái)分析其受力性能，對(duì)管板節(jié)點(diǎn)及中空夾層鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的受力直到破壞的機(jī)理還沒(méi)有比較詳細(xì)的研究。按現(xiàn)有的各國(guó)規(guī)范給定的分析方法，計(jì)算結(jié)果過(guò)于保守，不僅使設(shè)計(jì)人員無(wú)法準(zhǔn)確把握結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)，而且對(duì)工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性造成不利影響。同時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)在受力

2、時(shí)可能引起管壁局部屈曲的問(wèn)題以及加勁與未加勁的區(qū)別目前還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的方法來(lái)估算，而國(guó)外各規(guī)范的經(jīng)驗(yàn)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(diǎn)受力性能。因此對(duì)管板節(jié)點(diǎn)及中空夾層鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的極限承載力做深入的試驗(yàn)與理論研究已成為目前需要盡快解決的問(wèn)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(duì)K型管板節(jié)點(diǎn)及中空夾層鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的受力性能進(jìn)行了研究，具體包括以下幾個(gè)方面的工作：
　　 (1)本文

3、對(duì)鋼管-插板連接的K型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)探討了節(jié)點(diǎn)在極限狀態(tài)下的破壞現(xiàn)象和破壞機(jī)理。并以試驗(yàn)為參考，建立有限元分析模型。本文采用8結(jié)點(diǎn)實(shí)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(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果及各國(guó)規(guī)范相應(yīng)的計(jì)算公式進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了有限元模型的有效性。
　　 (2)隨后建立起適合本文研究?jī)?nèi)容的有限元模型進(jìn)行節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析，分析時(shí)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(diǎn)板長(zhǎng)度與厚度等因素的影響。通過(guò)研究，對(duì)管板連接節(jié)點(diǎn)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(duì)理論公式進(jìn)行了修正，并將修正后的計(jì)算公式值與試驗(yàn)值和有限元計(jì)算值做了比對(duì)分析。
　　 (4)本文對(duì)中空夾層鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了足尺試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)探討了節(jié)點(diǎn)在極限狀態(tài)下的破壞現(xiàn)象和破壞機(jī)理。從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)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(diǎn)構(gòu)件能滿(mǎn)足目標(biāo)荷載的要求且有一

5、定的安全儲(chǔ)備。隨后將試驗(yàn)結(jié)果與有限元分析結(jié)果進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了有限元模型的有效性。
　　 (5)本文對(duì)中空夾層鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了大量的有限元計(jì)算，考察了節(jié)點(diǎn)各個(gè)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(duì)節(jié)點(diǎn)承載力的影響。同時(shí)也考察了支管與主管夾角θ及混凝土強(qiáng)度等級(jí)fcu的影響。計(jì)算結(jié)果表