CN107268808A - 一种高承载力钢管节点及制作方法 - Google Patents

一种高承载力钢管节点及制作方法 Download PDF

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Abstract

一种高承载力钢管塔节点及制作方法，用于连接钢管铁塔的主管和多个支管，主管上沿母线方向在支管与主管形成的平面上焊接有作为传力和防止环板面外失稳构件的节点板，在节点板区域内布置有多个作为主要承力构件的承力圆形环板，各个圆形环板与主管及节点板垂直并焊接；所述的制作方法是：制作一个将多个钢管连接的节点时，首先需确定将一根管径较大的主要承力构件作为主管，而将其它待连接的钢管作为支管；考虑主管和数个支管形成的平面，在该平面内，沿主管外壁的母线方向焊接节点板，该节点板的大小应使得能够容纳需连接的各个支管，且支管之间相互并不重叠；支管和主管轴线的交汇点，需在节点板范围内；本发明大大提高钢管塔节点的承载能力。

Description

一种高承载力钢管节点及制作方法
技术领域
本发明涉及的是一种一种高承载力钢管节点及制作方法，更具体的说是涉及一种架空输电线路钢管铁塔的钢管主管和支管相连接时的钢管节点及相关计算方法，属于高承载力钢管节点及计算技术领域。
背景技术
随着输电线路输送容量和电压等级的不断提高、输电杆塔的高度和荷载的不断增加，钢管塔得到了越来越多的应用。与之相对应的、更大的荷载对节点承载力的要求越来越高。钢管塔中的节点是钢管塔结构中的重要组成部分，节点的破坏会导致整个结构的倒塌，因此一个安全可靠、经济合理的节点形式直接决定着大荷载输电铁塔结构的安全稳定性和经济性。
传统输电钢管塔节点具有承载力相对较低、节点板容易失稳等缺点。近年来采用的单环板加劲节点可以提高承载力，但需将其环板布置在合力作用点位置，一旦布置在非合力作用点处时，由于缺乏承载力计算方法，无法在工程上应用。工程实践表明，单环板加劲节点还具有以下缺点：
1)单环板加劲节点应用于复杂节点时，支管和环板之间的传力距离过长，易造成节点板失稳，而加厚的节点板虽然可以防止失稳，但会引起材料浪费，焊接加工困难等问题；
2)单环环板节点需辅以构造环板以防止节点板失稳，但无法发挥构造环板的承载作用，造成不必要的浪费；
3)主承载力环板承载力不够时，需通过增加环板高度和环板厚度提高承载力，而高度的增加容易导致环板的面外失稳，太厚的环板导致环板带来了焊接制作上的困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构合理、适用性强、承载力高、安全可靠的高承载力钢管节点及制作方法。
为了解决以上问题，本发明采用如下技术方案：一种高承载力钢管塔节点，用于连接钢管铁塔的主管和多个支管，主管上沿母线方向在支管与主管形成的平面上焊接有作为传力和防止环板面外失稳构件的节点板，在节点板区域内布置有多个作为主要承力构件的承力圆形环板，各个圆形环板与主管及节点板垂直并焊接。
作为优选：所述的支管和节点板之间通过焊接、U型插板或十字插板形式连接；所述的节点板保持为连续的板，而环板则在节点板处通过先切割再焊接的方式固定于节点板上，所述的环板位置位于支管轴线和主管外壁相交点的附近，并且环板位置自由分布于节点板各个部位。
一种如上所述高承载力钢管塔节点的制作方法，该制作方法是：
在钢管塔中，制作一个将多个钢管连接的节点时，首先需确定将一根管径较大的主要承力构件作为主管，而将其它待连接的钢管作为支管；考虑主管和数个支管形成的平面，在该平面内，沿主管外壁的母线方向焊接节点板，该节点板的大小应使得能够容纳需连接的各个支管，且支管之间相互并不重叠；支管和主管轴线的交汇点，需在节点板范围内。
作为优选：所述支管和节点板之间的连接形式包括：直接焊接、插板连接(十字或U型插板)、或压扁支管端部并配合螺栓连接；连接时要求支管的轴线需和节点板在同一平面；
根据节点的承载力计算公式确定环板尺寸参数、位置和数量，将各个圆形环板按照与主管轴线和节点板平面垂直的原则焊接于主管和节点板上，具体的焊接加工过程为：先将圆形环板切割成两个半圆形的环板，再根据设计的位置要求，将两个半环对称地焊接在主管和节点板上，以重新形成一个圆环，即环板。
作为优选：应用承载力计算公式确定环板1尺寸的具体步骤为：
第1步：首先确定环板的内径，即为主管的外径，根据设计承载力要求，初步确定环板高度、环板数量和环板位置，根据节点的承载力计算公式，进行节点承载力计算；
第2步：根据节点承载力计算结果和设计承载力需求的差异，调整环板高度、环板数量；
第3步：将调整后的环板尺寸代入承载力计算公式，重新计算承载力；
第4步：重复上面的第2步和第3步，直至实际设计的节点承载力满足设计需求。
作为优选：节点的承载力计算方法为：
1)节点的承载力Pu为对各个环板承载力Pi并乘以相应折减系数ξi后的值进行求和，即Pu＝∑ξiPi；
2)Pi的计算方法为：Pi＝min(Pi′,Pi″)，而且
这里的fy为材料设计强度；具有厚度tr的环板和中心线半径为RZ的主管的一部分组成了一个具有T型截面的圆环形梁，T型梁的梁肋为环板的矩形截面，T型截面的翼缘厚度与主管厚度T相同，翼缘宽度为
前述计算公式中的IT为T型截面的惯性矩，而RT为圆形环梁中心线对应的半径，YW为T型截面中性轴离梁肋顶的距离，YN为T型截面中性轴离翼缘底的距离。
作为优选：所述的折减系数ξi的计算方法为：将支管的荷载看成为均布荷载，均布荷载中心和支管合力中心重合；
当环板落在均布荷载以内时，则ξi取1.0；
当环板落在均布荷载以外时，定义θi为支管轴线和传力线之间的夹角(取锐角)，传力线为将该环板外边缘与节点板交接处的点与均布荷载外边缘点相连的线，则有折减系数
本发明针对的是：现有钢管塔节点承载力低，难以应用于复杂多支管节点，节点板易发生面外失稳，设计和制作困难等问题；因此采用了上述技术方案对应的新型高承载力节点，可以有效提高节点的承载力，同时减少节点板失稳风险，降低材料耗费。
本发明的有益效果是：大大提高节点的承载能力；减少了节点板传力距离，有效避免了节点板失稳，取消了构造环板，从而节约了材料耗量；环板可以任意布置，单个环板的尺寸减小，避免了设计和制作上的困难；最终提高了输电线路的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是多环板分散布置的钢管塔X型节点图；
图2是图1中A-A剖面图；
图中所示的标号是：1、圆形环板；2、主管；3、节点板；4、支管；5、U型插板；6、螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：图1、2所示，本发明所述的一种高承载力钢管塔节点，用于连接钢管铁塔的主管2和多个支管4，主管2上沿母线方向在支管4与主管2形成的平面上焊接有作为传力和防止环板面外失稳构件的节点板3，在节点板3区域内布置有多个作为主要承力构件的承力圆形环板1，各个圆形环板1与主管2及节点板3垂直并焊接。
图中所示，所述的支管4和节点板3之间通过焊接、U型插板5或十字插板形式连接；所述的节点板3保持为连续的板，而圆形环板1则在节点板3处通过先切割再焊接的方式固定于节点板3上，所述的圆形环板1位置位于支管4轴线和主管2外壁相交点的附近，并且圆形环板1位置自由分布于节点板3各个部位。
一种如上所述高承载力钢管塔节点的制作方法，在钢管塔中，当需要设计制作一个将多个钢管连接的节点时，首先需确定将一根管径较大的主要承力构件作为主管2，而将其它待连接的钢管作为支管4。
考虑主管2和数个支管4形成的平面，在该平面内，沿主管2外壁的母线方向焊接节点板3，该节点板3的大小应使得能够容纳需连接的各个支管4，且支管4之间相互并不重叠。支管4和主管2轴线的交汇点，需在节点板3范围内。
支管2和节点板3之间的连接形式包括：直接焊接、插板连接(十字或U型插板)、或压扁支管端部并配合螺栓连接。连接时要求支管4的轴线需和节点板3在同一平面。
根据承载力计算公式确定环板1尺寸参数、位置和数量。将各个圆形环板1按照与主管2轴线和节点板3平面垂直的原则焊接于主管2和节点板3上。具体的焊接加工过程为：先将圆形环板切割成两个半圆形的环板，再根据设计的位置要求，将两个半环对称地焊接在主管和节点板上，以重新形成一个圆环，即环板1。
应用承载力计算公式确定环板1尺寸的具体步骤为：
第1步：首先确定环板1的内径，即为主管2的外径。根据设计承载力要求，初步确定环板1高度、环板1数量和环板1位置。根据承载力计算公式，进行节点承载力计算。
第2步：根据节点承载力计算结果和设计承载力需求的差异，调整环板1高度、环板1数量。
第3步：将调整后的环板1尺寸代入承载力计算公式，重新计算承载力。
第4步：重复上面的第2步和第3步，直至实际设计的节点承载力满足设计需求。
节点的承载力计算方法为：
1)节点的承载力Pu为对各个环板承载力Pi并乘以相应折减系数ξi后的值进行求和，即Pu＝∑ξiPi。
2)Pi的计算方法为：Pi＝min(Pi′,Pi″)，而且这里的fy为材料设计强度。具有厚度tr的环板1和中心线半径为RZ的主管2的一部分组成了一个具有T型截面的圆环形梁，T型梁的梁肋为环板1的矩形截面，T型截面的翼缘厚度与主管2厚度T相同，翼缘宽度为前述计算公式中的IT为T型截面的惯性矩，而RT为圆形环梁中心线对应的半径，YW为T型截面中性轴离梁肋顶的距离，YN为T型截面中性轴离翼缘底的距离。
3)折减系数ξi的计算方法为：将支管4的荷载看成为均布荷载，均布荷载中心和支管4合力中心重合。当环板1落在均布荷载以内时，则ξi取1.0。当环板1落在均布荷载以外时，定义θi为支管4轴线和传力线之间的夹角(取锐角)，传力线为将该环板外边缘与节点板交接处的点与均布荷载外边缘点相连的线，则有折减系数
本发明所述的节点包含有多个承力环板，可以分散承担荷载，从而显著提高了节点的承载力；与单环板加劲节点相比，该新型节点的环板布置位置更为自由，承载力更高，节点中的环板尺寸更小，焊接加工更为便利；对于具有多个支管的复杂节点，可以在各个支管和节点板连接部位就近布置环板，从而减少了支管和承力环板之间的传力距离，并减少节点板厚度，具有经济合理的特点，也便于工程设计；这种新型节点形式使得节点板受力区域大大减少，减少了面外失稳风险，因此无需再布置构造环板，从而节省了材料。
需值得注意的是，该节点形式适合X型等多种钢管塔节点，但不限于以上节点，还可以有很多变形，例如T型、Y型、YY型等普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形。采用的环板为圆形环板，但不限于圆型环板，还包括半环、1/4环板等普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形。

Claims (7)

1.一种高承载力钢管塔节点，用于连接钢管铁塔的主管和多个支管，其特征在于：主管(2)上沿母线方向在支管(4)与主管(2)形成的平面上焊接有作为传力和防止环板面外失稳构件的节点板(3)，在节点板(3)区域内布置有多个作为主要承力构件的承力圆形环板(1)，各个圆形环板(1)与主管(2)及节点板(3)垂直并焊接。
2.根据权利要求1所述的高承载力钢管塔节点，其特征在于：所述的支管(4)和节点板(3)之间通过焊接、U型插板或十字插板形式连接；所述的节点板(3)保持为连续的板，而圆形环板(1)则在节点板(3)处通过先切割再焊接的方式固定于节点板(3)上，所述的圆形环板(1)位置位于支管(4)轴线和主管(1)外壁相交点的附近，并且圆形环板(1)位置自由分布于节点板(3)各个部位。
3.一种如权利要求1或2所述高承载力钢管塔节点的制作方法，其特征在于：
在钢管塔中，制作一个将多个钢管连接的节点时，首先需确定将一根管径较大的主要承力构件作为主管(2)，而将其它待连接的钢管作为支管(4)；考虑主管(2)和数个支管(4)形成的平面，在该平面内，沿主管(2)外壁的母线方向焊接节点板(3)，该节点板(3)的大小应使得能够容纳需连接的各个支管(4)，且支管(4)之间相互并不重叠；支管(4)和主管(2)轴线的交汇点，需在节点板(3)范围内。
4.根据权利要求3所述高承载力钢管塔节点的制作方法，其特征在于：
所述支管(2)和节点板(3)之间的连接形式包括：直接焊接、插板连接(十字或U型插板)、或压扁支管端部并配合螺栓连接；连接时要求支管(4)的轴线需和节点板(3)在同一平面；
根据节点的承载力计算公式确定圆形环板(1)尺寸参数、位置和数量，将各个圆形环板(1)按照与主管(2)轴线和节点板(3)平面垂直的原则焊接于主管(2)和节点板(3)上，具体的焊接加工过程为：先将圆形环板(1)切割成两个半圆形的环板，再根据设计的位置要求，将两个半环对称地焊接在主管和节点板(3)上，以重新形成一个圆环，即圆形环板(1)。
5.根据权利要求4所述高承载力钢管塔节点的制作方法，其特征在于：
应用承载力计算公式确定圆形环板(1)尺寸的具体步骤为：
第1步：首先确定环板(1)的内径，即为主管(2)的外径；根据设计承载力要求，初步确定环板(1)高度、环板(1)数量和环板(1)位置，根据节点的承载力计算公式，进行节点承载力计算；
第2步：根据节点承载力计算结果和设计承载力需求的差异，调整环板(1)高度、环板(1)数量；
第3步：将调整后的环板(1)尺寸代入承载力计算公式，重新计算承载力；
第4步：重复上面的第2步和第3步，直至实际设计的节点承载力满足设计需求。
6.根据权利要求4或5所述高承载力钢管塔节点的制作方法，其特征在于：
节点的承载力计算方法为：
1)节点的承载力Pu为对各个环板承载力Pi并乘以相应折减系数ξi后的值进行求和，即Pu＝∑ξiPi；
2)Pi的计算方法为：Pi＝min(Pi′,Pi″)，而且
这里的fy为材料设计强度；具有厚度tr的环板1和中心线半径为RZ的主管2的一部分组成了一个具有T型截面的圆环形梁，T型梁的梁肋为环板1的矩形截面，T型截面的翼缘厚度与主管2厚度T相同，翼缘宽度为
前述计算公式中的IT为T型截面的惯性矩，而RT为圆形环梁中心线对应的半径，YW为T型截面中性轴离梁肋顶的距离，YN为T型截面中性轴离翼缘底的距离。
7.根据权利要求6所述高承载力钢管塔节点的制作方法，其特征在于：
所述的折减系数ξi的计算方法为：将支管4的荷载看成为均布荷载，均布荷载中心和支管4合力中心重合；
当环板1落在均布荷载以内时，则ξi取1.0；
当环板1落在均布荷载以外时，定义θi为支管4轴线和传力线之间的夹角(取锐角)，传力线为将该环板外边缘与节点板交接处的点与均布荷载外边缘点相连的线，则有折减系数
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