螺栓滑移對基礎(chǔ)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(yù)測輸電塔的靜動態(tài)特性，對輸電塔的設(shè)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(yīng)用于格構(gòu)式輸電塔中。其中相當(dāng)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(shè)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?。ń卿摶虮怃摚A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(jié)構(gòu)分析計算得到的桿件軸力遠(yuǎn)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(yùn)行著。另一方面，在相同載荷下，計算得到的結(jié)構(gòu)變形量和結(jié)構(gòu)極限沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jié)構(gòu)設(shè)計分析軟件大多未對它們進(jìn)行有效處理。因此，在輸電塔的設(shè)計與安全評估時，準(zhǔn)確建立輸電

3、塔結(jié)構(gòu)中螺栓連接結(jié)構(gòu)的模型就變得非常重要。
　　本文結(jié)合研究組承擔(dān)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(jī)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(xué)問題展開研究，為采動區(qū)基礎(chǔ)非均勻沉降輸電塔的設(shè)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(qiáng)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(shè)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(guān)系曲線，探討螺栓連接滑移機(jī)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(jié)構(gòu)的有限元模型，模擬螺栓滑移過程，并與試驗測量結(jié)果進(jìn)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(guān)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(jié)構(gòu)在基礎(chǔ)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(jié)果和試驗測量結(jié)果進(jìn)行對比，驗證所提模型的有效性進(jìn)而模擬了基礎(chǔ)沉降工況下，結(jié)構(gòu)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(jié)合本文研究所搭建的室內(nèi)小塔和ZM11輸電塔的基礎(chǔ)非均勻沉降測試，設(shè)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(jìn)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(guān)系曲線引入到基礎(chǔ)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(jié)果進(jìn)行對比分析，進(jìn)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(dāng)輸電塔基礎(chǔ)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(shè)計及塔腿沉降時的安全評估提供參考。
　　通