螺栓滑移對基礎非均勻沉降輸電塔的影響研究.pdf

1、輸電線路是現(xiàn)代社會一項重要的生命線工程，輸電塔是輸電線路的基本組成單元之一，因此精確預測輸電塔的靜動態(tài)特性，對輸電塔的設計及安全評估起到非常重要的作用。在輸電線路中，等邊角鋼由于其便于連接的優(yōu)點被廣泛應用于格構式輸電塔中。其中相當一部分等邊角鋼通過單面螺栓連接，因此載荷傳遞時角鋼承受偏心載荷。同時在輸電塔設計中，為了現(xiàn)場安裝方便螺孔直徑一般比螺栓直徑大1.5mm-2mm，而螺栓連接數(shù)量多、螺栓直徑小、連接桿件薄（角鋼或扁鋼）、夾持力低、

2、鍍鋅金屬表面摩擦系數(shù)低等因素，使螺栓連接在較低載荷作用下即發(fā)生滑移現(xiàn)象。一方面，在相同沉降下，傳統(tǒng)的結構分析計算得到的桿件軸力遠大于試驗測量值，甚至出現(xiàn)計算顯示已經(jīng)破壞的輸電塔，現(xiàn)實中仍在正常運行著。另一方面，在相同載荷下，計算得到的結構變形量和結構極限沉降量遠遠小于試驗測量值。經(jīng)過多年研究已明確，產(chǎn)生這些偏差的主要原因是螺栓滑移和連接偏心，但是現(xiàn)有結構設計分析軟件大多未對它們進行有效處理。因此，在輸電塔的設計與安全評估時，準確建立輸電

3、塔結構中螺栓連接結構的模型就變得非常重要。
　　本文結合研究組承擔的“螺栓滑移對承受非均勻沉降輸電塔的安全性影響研究”項目，針對輸電塔中涉及的螺栓扭矩系數(shù)、螺栓滑移機理、輸電塔精確分析模型和采動區(qū)輸電塔安全評估等若干力學問題展開研究，為采動區(qū)基礎非均勻沉降輸電塔的設計與安全評估提供重要參考。論文的主要內(nèi)容包括:
　　1.輸電塔鍍鋅螺栓扭矩系數(shù)的試驗研究。通過試驗測試了螺栓強度等級、有無墊圈和有無潤滑對螺栓連接副扭矩系數(shù)的影響

4、，探討了扭矩系數(shù)的控制、調(diào)整，以及螺栓連接中要注意的問題，為本研究中螺栓連接的參數(shù)控制提供依據(jù)，也為設計和施工單位提供參考。
　　2.螺栓連接接頭滑移特性的測試與模擬。選取室內(nèi)小塔和真實輸電塔中有代表性的螺栓連接接頭，通過螺栓滑移性能試驗，獲得螺栓連接接頭的位移-載荷關系曲線，探討螺栓連接滑移機理，考察螺栓連接的破壞形態(tài)。利用有限元軟件ANSYS，建立螺栓搭接角鋼結構的有限元模型，模擬螺栓滑移過程，并與試驗測量結果進行對比，驗證所

5、建模型的有效性。
　　3.建立含螺栓滑移和連接偏心的滑移梁模型，研究輸電塔的受力變形特性?；贏NSYS開發(fā)了滑移梁分析模型，該模型將試驗測量得到的螺栓連接位移載荷關系曲線引入到螺栓連接的分析模型中，并且考慮連接偏心的影響。利用該模型分析了結構在基礎非均勻沉降時的受力-變形特性，并與傳統(tǒng)分析軟件模擬結果和試驗測量結果進行對比，驗證所提模型的有效性進而模擬了基礎沉降工況下，結構的極限承載力。
　　4.發(fā)明了可平動頂升裝置和位移

6、傳感器固定裝置。結合本文研究所搭建的室內(nèi)小塔和ZM11輸電塔的基礎非均勻沉降測試，設計發(fā)明了一種用于在線測量螺栓連接滑移的位移傳感器固定裝置，同時發(fā)明了一種可水平低阻力滑動、并數(shù)字顯示壓力的頂升裝置。
　　5.研究螺栓滑移和連接偏心對輸電塔動態(tài)特性的影響。利用所開發(fā)的滑移梁模型對輸電塔進行模態(tài)分析，首次將試驗測量得到的螺栓連接的位移載荷關系曲線引入到基礎非均勻沉降輸電塔的動態(tài)分析中，并且考慮了連接偏心的影響。試驗測量了四根塔腿固支

7、和三根塔腿固支，第四根塔腿在不同載荷作用下，輸電塔在自然激勵下的固有頻率與振型，與所開發(fā)滑移梁模型和傳統(tǒng)分析軟件模擬結果進行對比分析，進一步驗證了所開發(fā)滑移梁模型的有效性。
　　6.通過有限元商業(yè)軟件ANSYS建立滑移梁模型，模擬了輸電塔各種非均勻沉降工況下的極限承載力。當輸電塔基礎發(fā)生非均勻沉降時，通過監(jiān)測塔腿沉降值作為判斷輸電塔失穩(wěn)與否的依據(jù)。為今后在煤炭開采區(qū)或凍土區(qū)的輸電塔設計及塔腿沉降時的安全評估提供參考。
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