【摘 要】
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输电塔是电力输送过程中常用的支承结构,输电塔的安全直接关系到整条输电线路的正常运行,其受力性能研究具有重要意义。主材开断连接节点受力复杂,其承载能力的高低将会直接影响输电铁塔的稳定性。目前,国内输电铁塔主材断开节点设计没有统一的强制性标准,验证铁塔设计合理性及经济性的唯一方法就是真型试验。本文开展了等边角钢端部开断主材轴心受压稳定承载力试验,分析了试验现象及试验结果。利用ANSYS有限元模型对试验
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输电塔是电力输送过程中常用的支承结构,输电塔的安全直接关系到整条输电线路的正常运行,其受力性能研究具有重要意义。主材开断连接节点受力复杂,其承载能力的高低将会直接影响输电铁塔的稳定性。目前,国内输电铁塔主材断开节点设计没有统一的强制性标准,验证铁塔设计合理性及经济性的唯一方法就是真型试验。本文开展了等边角钢端部开断主材轴心受压稳定承载力试验,分析了试验现象及试验结果。利用ANSYS有限元模型对试验进行仿真模拟,对比有限元模拟结果及试验结果,验证了有限元模型的有效性,并进一步进行参数化分析。基于参数分析结果,拟合出等边角钢端部开断主材轴心受压稳定承载力计算经验模型。基于以上研究内容,论文得出了如下主要结论:(1)试验结果表明,等边角钢端部开断主材会发生跨中截面弯扭屈曲、主材斜撑连接截面弯扭局部屈曲、包钢屈曲等多种破坏模式。相同工况下,发生主材斜撑连接处破坏的主材承载力高于发生跨中破坏的主材承载力。发生弯扭屈曲的开断主材承载力低于未开断主材,且开断主材的侧向刚度比未开断主材低。GB50017-2017和DL/T5154-2012给出的轴心受压构件稳定承载力计算公式算得的理论承载力与试验结果相差较大,且偏不安全,值得进一步优化。(2)采用ANSYS有限元软件建立了等边角钢端部开断主材轴心受压模型,将有限元模型计算结果与试验结果对比表明,有限元模型能够较好地模拟开断主材的受力性能及破坏模式,计算出较为准确的稳定承载力。对包钢面积比、主材开断位置、材料强度、开断节点连接方式、主材长细比、截面宽厚比等参数进行参数分析,结果表明,包钢面积比在超过1.1之后对开断主材的稳定承载力影响不大;开断节点采用双包螺栓连接比单包螺栓连接更加经济合理;主材的开断位置和截面宽厚比对开断主材的轴压稳定承载力影响较小;增加材料强度能明显增加开断主材的稳定承载力;当长细比超过115后,主材承载力下降明显,工程中将开断主材的长细比控制在115以内较为合理。(3)采用最小二乘法结合单变量乘积降维近似模型,对参数分析获得的有限元计算数据进行多参数拟合,获得端部开断主材轴心受压稳定承载力计算经验模型。将经验模型计算结果与试验结果及规范理论计算结果进行对比,结果表明,该经验模型能够较为准确的计算出特定工况下的端部开断主材轴心受压稳定承载力,并能够有效反映各参数变化对承载力带来的影响。基于试验研究、数值模拟、经验模型等研究结果,提出主材开断节点设计建议,为工程设计提供参考。
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