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特高压钢管塔带颈锻造法兰的受拉性能与设计方

时间:2019-05-21 09:43 来源:孟村法兰 作者:孟村法兰
       钢管塔结构受力性能好,建筑效果美观,在大跨越结构、城市电网杆塔结构中应用较多,尤其是被广泛地应用于特高压输电线路工程中。目前,我国钢管输电塔的连接主要采用有加劲法兰和无加劲法兰。带颈锻造法兰(下简称锻造法兰)整体刚度好,现场施工方便,近些年来,开始逐渐用于输电塔结构。由于锻造法兰是一种新型连接节点,国内对其研究比较少,其可靠性、结构强度和构造形式有待进一步研究。本文采用试验研究、有限元数值分析及理论研究相结合的方法,对特高压钢管塔锻造法兰的受拉性能及设计方法开展研究。主要内容包括:
(1)针对特高压钢管塔锻造法兰,通过对Q345 强度级差不等管径对接法兰进行受拉试验,研究了强度级差不等管径对接法兰的轴心受拉和偏心受拉承载性能和破坏机制。结果表明,锻造法兰连接具有较好的受拉承载性能和较高的安全裕度。大小管径对接法兰的变形主要集中在小管径一侧,即小管径钢管发生较为明显的轴向拉伸和径缩变形,法兰盘受拉发生翘曲变形。与轴心受力相比,偏心受力会一定程度上降低试件的承载能力。
(2)利用有限元软件ABAQUS 对试验试件进行数值模拟,有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了有限元分析的可靠性。通过有限元参数分析,研究了法兰盘厚度、法兰颈部变坡坡度、螺栓边距、螺栓预紧力和偏心距等对锻造法兰受拉承载性能的影响规律,并提出了各个参数的取值建议。
(3)采用有限元软件ABAQUS 建立有限元精细模型,考虑材料断裂影响,模拟了锻造法兰试件的断裂破坏过程、极限荷载和塑性变形能力,并与试验结果进行对比。结果表明,考虑材料微观损伤的有限元分析可以较为准确地模拟构件在大变形下的承载力、刚度退化特征和破坏形态,从而为明确钢管塔结构薄弱部位提供方法。
(4)提出了锻造法兰与法兰螺栓的受力模型,推导了法兰盘撬力和螺栓受力计算公式,对锻造法兰的计算公式进行了修正。利用有限元软件ABAQUS 对法兰模型进行非线性数值分析,验证了公式的合理性。结合试验结果,提出了相应设计建议。
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