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构造节点的精细模拟及其在输电铁塔结构分析中的应用

江文强  
【摘要】:铁塔是输电线路的重要组成部分,其承载能力对于输电线路的正常运行起着重要作用。为了制造和安装方便,输电铁塔多采用热轧等边角钢构件通过螺栓连接而成,不同的节点构造方式将会影响其承载能力,因此在输电铁塔结构分析时,有必要研究如何考虑构造节点的影响,更加准确地预测铁塔的失效位置及失效载荷,给出不同工况下的极限承载力,这对于提高输电铁塔的设计水平,保障输电线路安全运行具有重要的理论价值和现实意义。 本论文对输电铁塔中典型节点的构造形式进行了分析,给出了构造节点的精细模拟方法,建立了220kV重冰塔的有限元模型,研究了该塔的非线性静力性能、承受基础变形能力以及断线冲击时的动力响应,通过对多种节点简化模型计算结果的对比,总结了构造节点对输电铁塔静动态特性的影响规律。本论文的具体研究内容如下: 1)详细分析了输电铁塔中普遍采用的普通螺栓抗剪连接的滑移过程,提出了一种新的螺栓连接滑移模型,研究了模型各参数的影响,并给出了各参数的取值。 2)采用弹簧模拟连接滑移及连接刚度,给出了输电铁塔中构造节点的精细模拟方法,根据是否考虑连接滑移和连接偏心以及不同的节点连接刚度,建立了四种220kV重冰塔的有限元模型。 3)研究了连接滑移、连接偏心以及连接刚度对输电铁塔内力及变形的影响,总结了不同的节点简化方法对铁塔非线性静力性能的影响规律,通过与真型塔试验结果的对比,证明了全面考虑构造节点的影响,能够较为准确地预测铁塔的载荷-位移全过程。 4)考虑构造节点的影响,研究了煤矿开采过程中输电铁塔内力及变形的变化过程,总结了构造节点对铁塔承受基础变形能力的影响规律,分析了杆件的破坏顺序,给出了铁塔的最大可承受基础变形量。 5)考虑导线和地线对铁塔的支持作用,建立了输电线路的等效分析模型,对输电铁塔在断边导线和断中导线时的动力响应进行了分析,研究了不同的节点简化方法对输电铁塔动态特性的影响。


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