輸電塔典型節(jié)點鋼管桿件渦激振動研究.pdf

1、輸電塔是一種重要的高聳結(jié)構(gòu),塔身風荷載在總荷載中所占比重較大,鋼管桿件的體型系數(shù)小,受力性能好,因此鋼管塔在工程實際中被廣泛應(yīng)用。當風吹過鋼管桿件截面時,會在背風面形成上下交替的旋渦,在較小的風速作用下,旋渦脫落的頻率會被鎖定在鋼管桿件自振頻率附近,此時鋼管桿件在橫風向會發(fā)生持續(xù)的渦激共振,稱為微風振動。輸電線路長期在較低的風速下運行,持續(xù)反復(fù)的微風振動容易導(dǎo)致桿件破壞。
　　 鋼管桿件的渦激振動與其自振頻率有關(guān),自振頻率由鋼管

2、桿件的幾何尺寸和桿端節(jié)點型式?jīng)Q定。鋼管桿件的節(jié)點構(gòu)造方式多樣,行業(yè)規(guī)范僅給出了兩端固接、兩端鉸接以及懸臂三種桿端約束條件下鋼管桿件的1階起振臨界風速曲線,不便于工程應(yīng)用。
　　 為了突破鋼管塔推廣應(yīng)用的瓶頸,本文首先對典型節(jié)點鋼管桿件進行了動力特性試驗,研究了節(jié)點型式、連接螺栓數(shù)、長細比及振動方向?qū)︿摴軛U件自振頻率的影響。根據(jù)動力特性試驗結(jié)果,建立了ANSYS模型,確定了合理的約束施加方式,在此基礎(chǔ)上,計算了受軸力作用鋼管桿件的

3、自振頻率,獲得了更符合工程實際的結(jié)果,并給出了鋼管桿件1階自振頻率的簡化計算方法以便工程應(yīng)用。
　　 風洞試驗是結(jié)構(gòu)抗風研究中最真實可信的方法,本文利用動力特性研究的結(jié)果估算了典型節(jié)點鋼管桿件的起振風速,選取風洞試驗室條件允許的試件進行了足尺模型渦激振動風洞試驗,得到了不同節(jié)點型式、不同長細比、與風向成不同夾角以及不同湍流度的風場等工況下鋼管桿件的渦激振動試驗數(shù)據(jù),總結(jié)了渦激共振的規(guī)律。
　　 鋼管桿件在風荷載作用下順風

4、向也會發(fā)生微小的振動,但由于風洞試驗中環(huán)境的干擾及測量儀器精度的限制,不易采集到真實的順風向風振數(shù)據(jù),因此,本文利用CFD軟件Fluent對鋼管桿件的渦激振動進行了數(shù)值模擬,分析了順風向的振動情況及其對橫風向的影響。
　　 鋼管桿件的微風振動會導(dǎo)致節(jié)點焊縫疲勞破壞,本文采用以疲勞累積損傷理論為基礎(chǔ)的總壽命法,對法蘭連接和十字插板連接的鋼管桿件節(jié)點焊縫進行了渦激共振疲勞壽命計算,并針對工程設(shè)計提出了建議。
　　 最后,對本