避雷針結(jié)構(gòu)法蘭盤高強(qiáng)螺栓風(fēng)致疲勞研究.pdf

1、避雷針屬于高聳結(jié)構(gòu)，多采用圓鋼管結(jié)構(gòu)，圓鋼管節(jié)段之間采用法蘭盤連接。由于結(jié)構(gòu)基頻較小，風(fēng)荷載的作用下會(huì)產(chǎn)生大幅度的位移和振動(dòng)，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)而言屬于疲勞荷載。高強(qiáng)螺栓作為避雷針中的主要聯(lián)接件，其疲勞強(qiáng)度直接影響避雷針的承載能力、安全性能和疲勞壽命。高強(qiáng)螺栓在實(shí)際工作中需要施加很大的預(yù)緊力，極易在螺紋根部形成應(yīng)力集中區(qū)域，加之風(fēng)荷載的動(dòng)力作用，導(dǎo)致螺栓發(fā)生疲勞破壞，所以對(duì)避雷針法蘭盤高強(qiáng)螺栓的疲勞分析尤為重要。
　　本文首先運(yùn)用ANSYS

2、對(duì)三種不同形式的避雷針建立梁?jiǎn)卧Ｐ?，并進(jìn)行了風(fēng)振響應(yīng)分析;獲取梁?jiǎn)卧Ｐ蛣?dòng)力時(shí)程計(jì)算得到的應(yīng)力時(shí)程，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)該應(yīng)力時(shí)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到變幅應(yīng)力譜，基于Miner累計(jì)損傷理論和S-N曲線得出圓筒的疲勞損傷值;對(duì)避雷針法蘭盤連接部位建立局部精細(xì)化實(shí)體模型，使用梁?jiǎn)卧Ｐ蛣?dòng)力時(shí)程計(jì)算所得的剪力和彎矩時(shí)程，對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行計(jì)算，得出高強(qiáng)螺栓上應(yīng)力最大點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程，運(yùn)用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)所得應(yīng)力時(shí)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到變幅應(yīng)力譜，根據(jù)Miner累積損傷

3、理論、S-N曲線和風(fēng)速概率分布，得出螺栓疲勞損傷值;最后，分析了不同預(yù)緊力和法蘭盤厚度對(duì)高強(qiáng)螺栓疲勞性能的影響。主要結(jié)論如下:
　　(1)對(duì)三種避雷針的梁?jiǎn)卧Ｐ瓦M(jìn)行模態(tài)分析，得出了結(jié)構(gòu)的自振頻率。模態(tài)分析得到的三種避雷針有限元模型的基頻與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)基本吻合，驗(yàn)證了有限元模型的正確性。
　　(2)在設(shè)計(jì)風(fēng)荷載下，經(jīng)單跨和三跨構(gòu)架避雷針的圓筒和法蘭盤高強(qiáng)螺栓風(fēng)振疲勞分析可知，在單跨構(gòu)架避雷針中，由于二支撐避雷針的彎矩風(fēng)振系

4、數(shù)大于三支撐避雷針，相同時(shí)間內(nèi)二支撐避雷針圓筒和法蘭盤高強(qiáng)螺栓的疲勞損傷值均大于三支撐避雷針;三跨構(gòu)架避雷針中，相同時(shí)間內(nèi)邊緣避雷針圓筒和法蘭盤高強(qiáng)螺栓的疲勞損傷值大于中部避雷針。
　　(3)在設(shè)計(jì)風(fēng)荷載作用下，隨著預(yù)緊力的增大螺栓應(yīng)力幅值減小，應(yīng)力均值增大，相同時(shí)間內(nèi)螺栓的疲勞損傷值會(huì)減小，較高的預(yù)緊力可以有效提高螺栓的疲勞性能;但是，預(yù)緊力達(dá)到材料屈服強(qiáng)度與截面面積乘積的80％時(shí)，風(fēng)荷載作用下螺栓局部區(qū)域的應(yīng)力均值會(huì)超過材料的