輸電塔典型節(jié)點(diǎn)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(fēng)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(shí)際中被廣泛應(yīng)用。當(dāng)風(fēng)吹過鋼管桿件截面時,會在背風(fēng)面形成上下交替的旋渦,在較小的風(fēng)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(fēng)向會發(fā)生持續(xù)的渦激共振,稱為微風(fēng)振動。輸電線路長期在較低的風(fēng)速下運(yùn)行,持續(xù)反復(fù)的微風(fēng)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(diǎn)型式?jīng)Q定。鋼管桿件的節(jié)點(diǎn)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(fēng)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(diǎn)鋼管桿件進(jìn)行了動力特性試驗(yàn),研究了節(jié)點(diǎn)型式、連接螺栓數(shù)、長細(xì)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(yàn)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(jì)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(shí)際的結(jié)果,并給出了鋼管桿件1階自振頻率的簡化計(jì)算方法以便工程應(yīng)用。
　　 風(fēng)洞試驗(yàn)是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究中最真實(shí)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(diǎn)鋼管桿件的起振風(fēng)速,選取風(fēng)洞試驗(yàn)室條件允許的試件進(jìn)行了足尺模型渦激振動風(fēng)洞試驗(yàn),得到了不同節(jié)點(diǎn)型式、不同長細(xì)比、與風(fēng)向成不同夾角以及不同湍流度的風(fēng)場等工況下鋼管桿件的渦激振動試驗(yàn)數(shù)據(jù),總結(jié)了渦激共振的規(guī)律。
　　 鋼管桿件在風(fēng)荷載作用下順風(fēng)

4、向也會發(fā)生微小的振動,但由于風(fēng)洞試驗(yàn)中環(huán)境的干擾及測量儀器精度的限制,不易采集到真實(shí)的順風(fēng)向風(fēng)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(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了順風(fēng)向的振動情況及其對橫風(fēng)向的影響。
　　 鋼管桿件的微風(fēng)振動會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)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(diǎn)焊縫進(jìn)行了渦激共振疲勞壽命計(jì)算,并針對工程設(shè)計(jì)提出了建議。
　　 最后,對本