CN103913377A - 钢管塔节点力学试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种钢管塔节点力学试验方法，属于钢管塔节点力学试验领域，将主管的两端边界分别穿过第一定向支座和第二定向支座，主管下端部连接一弹簧，弹簧的另一端固定设置，支管未与主管连接的另一端穿过第三定向支座；然后同时沿主管轴线方向和支管轴线方向施加载荷，按照设计荷载的比例分级同步向主管和支管加载；在达到设计荷载后，继续等比例增加主管和支管上的荷载，直至节点发生破坏。本发明解决了传统钢管塔节点力学试验中没有真实模拟主管轴向拉压力、与钢管塔实际受力情况不同而导致的试验失真的问题。

Description

钢管塔节点力学试验方法

技术领域

本发明涉及钢管塔节点力学试验领域，尤其是指一种钢管塔节点整体轴向和径向力学试验方法。

背景技术

    近年来随着输送电压的提高，输电塔的高度增加，输电塔承受的载荷不断增加，钢管塔节点的连接形式变化多样，受力状况复杂，其力学性能尤其是结构强度的稳定性直接影响到输电线路的安全。

钢管塔包括若干主管和支管，支管一般倾斜设置并焊接在主管上。一般情况下在对钢管塔的节点进行力学试验时，通常将主管底端边界设置为固定支座，另外一端边界设置为定向支座，以便在试验过程中允许主管仅能够沿其轴线方向有位移，而约束径向位移。在对钢管塔所测试节点进行载荷加载时，不考虑主管轴力的作用，仅模拟支管的轴向拉压荷载，将两支管的轴力按比例加载，直到节点达到塑性破坏为止。

在该种钢管塔节点力学试验中，主管下段约束采用固定支座，主管下端固定，无轴向、径向位移，这与钢管塔节点在整塔中的实际受力状态相差甚远。因为整个铁塔中的主管下段在实际受力过程中有一定的位移，该处的位移由下部塔架的刚度节点所决定；如果下段约束采用固定支座，力学加载试验时，施加的荷载在没有达到设计荷载时，由于固定支座处的应力集中，该处产生塑性破坏，根本就得不到节点板附近的应力集中状态，不能真实模拟钢管塔节点附近的实际受力情况。

另外，在大风等工况作用下，主管的受力和支管的受力必然同时增加，主管轴力对节点承载力有显著的影响。如果分析管板连接节点的受力性能时，忽略掉主管轴力的作用，只分析支管施加给主管的沿支管轴线方向的力，这样与实际情况极为不符，也就失去了试验研究意义。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种符合整个钢管塔中节点实际受力状态的钢管塔节点试验方法，解决传统钢管塔节点力学试验中不能真实模拟主管实际受力情况而造成试验失真的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种钢管塔节点力学试验方法，其特征在于具体包括以下步骤：首先将主管的两端边界分别穿过第一定向支座和第二定向支座，主管下端部连接一弹簧，弹簧的另一端固定设置，支管未与主管连接的另一端穿过第三定向支座；然后同时沿主管轴线方向和支管轴线方向施加载荷，按照设计荷载的比例分级同步向主管和支管加载；在达到设计荷载后，继续等比例增加主管和支管上的荷载，直至节点发生破坏。

本发明的进一步改进在于：所述弹簧的刚度系数为根据钢管塔整体力学计算得到的该结点处的轴向力与轴向位移的比值。

本发明的进一步改进在于：所述弹簧与主管同轴设置，弹簧的另一端固定在与定向支座相垂直的固定支座上。

本发明的进一步改进在于：所述施加荷载按主管和支管设计荷载的10%逐步递增。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步如下：

本发明所述的方法真实模拟整个钢管塔中节点实际受力状态，既考虑了支管轴向的拉力和压力，也考虑了主管的轴向拉力、压力和主管的轴向位移，避免了传统试验过程中在钢管塔节点还没有达到实际受力状态时就发生塑性破坏的问题。

本发明将主管下端边界与弹簧的一端连接，所述弹簧的刚度系数K根据钢管塔整体力学计算得到，为弹簧向下延伸的第一个结点处的轴向力F与轴向位移x的比值，由主管的轴向拉压力引起弹簧的弹性形变模拟钢管塔下部塔架引起的主管下半段的轴向位移，避免传统试验中底部固定支座应力集中现象；主管和支管上作用的荷载按照设计荷载的比例分级同步施加，直至节点发生破坏，符合钢管塔节点实际受力增长变化情况，该边界条件才是节点的实际真实的受力情况，才是研究钢管塔节点极限承载力的基础。

附图说明

图1：本发明所述钢管塔的节点受力示意图。

其中：1、主管，2、支管，3、弹簧，4、定向支座，5、固定支座； 4-1为第一定向支座，4-2为第二定向支座，4-3为第三定向支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步详细说明：

钢管塔节点力学试验方法，其实施模型以及节点受力方向如图1所示，主管1的两端边界设有第一定向支座4-1和第二定向支座4-2，主管1下端部连接一弹簧3，弹簧3的另一端固定安装在固定支座上，弹簧3与主管1同轴设置；支管2的一端焊接于主管1上，另一端部穿过第三定向支座4-3。所述定向支座仅允许主管1、支管2沿管轴线方向有位移，约束径向位移，该钢管塔节点模型与实际模型的几何尺寸比例为1:1。 

本发明具体实施包括以下步骤：

A、首先将第一定向支座4-1和第二定向支座4-2沿竖直方向同轴线固定，主管1穿过两个定向支座；主管1下端部与弹簧3一端连接，弹簧3与主管1同轴设置，弹簧3另一端固定于固定支座5上，固定支座5与第二定向支座4-2轴向垂直，且设置有一定间隙；第一定向支座4-1和第二定向支座4-2仅允许主管1沿主管1的轴线方向有有限的位移，约束径向位移。

本发明所述弹簧3的刚度系数K与弹簧3向下延伸的第一个结点有关，是根据钢管塔整体力学计算得到的该结点处的轴向力F与轴向位移X的比值：

K=F/X

该刚度系数K认为在节点加载过程中不发生变化。

B、将支管2一端焊接于主管1上，支管2的另一端穿过第三定向支座4-3，第三定向支座4-3仅允许支管2沿其轴线方向有有限位移，约束径向位移；

C、同时沿主管1轴线方向和支管2轴线方向按照设计荷载10%递增的速度施加载荷，荷载按照设计荷载的比例分级同步施加；

D、达到设计荷载后，继续等比例增加主管1和支管2的荷载，直至节点发生破坏。

在施力过程中，钢管塔节点既承受来自支管2沿支管轴线的拉压力，又承受来自主管1轴向的拉压力，节点在轴向方向产生位移，主管1下端部弹簧3受力产生形变，真实的模拟出了钢管塔下部塔架的引起的主管1下半段的位移。

Claims (4)

1.一种钢管塔节点力学试验方法，其特征在于具体包括以下步骤：

A、将主管（1）的两端边界分别穿过第一定向支座（4-1）和第二定向支座（4-2），主管（1）下端部连接一弹簧（3），弹簧（3）的另一端固定设置；

B、支管（2）未与主管（1）连接的另一端穿过第三定向支座（4-3）；

C、同时沿主管（1）轴线方向和支管（2）轴线方向施加载荷，按照设计荷载的比例分级同步向主管（1）和支管（2）加载；

D、在达到设计荷载后，继续等比例增加主管（1）和支管（2）上的荷载，直至节点发生破坏。

2.根据权利要求1所述的钢管塔节点力学试验方法，其特征在于：步骤A中所述弹簧（3）的刚度系数为根据钢管塔整体力学计算得到的该结点处的轴向力与轴向位移的比值。

3.根据权利要求1或2所述的钢管塔节点力学试验方法，其特征在于：步骤A中所述弹簧（3）与主管（1）同轴设置，弹簧（3）的另一端固定在与第一定向支座（4-1）和第二定向支座（4-2）相垂直的固定支座（5）上。

4.根据权利要求3所述的钢管塔节点力学试验方法，其特征在于：步骤C和D中的荷载按主管（1）和支管（2）设计荷载的10%逐步递增。