CN108035605B - 一种装配式输电塔塔身连接节点及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装配式输电塔塔身连接节点及其制作方法，该装配式输电塔塔身连接节点下段采用预制钢管混凝土，下段预制钢管混凝土包括外钢管以及外钢管内的植主筋和外箍筋结构，外钢管内浇筑混凝土，植筋部分露出混凝土，上段同样采用预制钢管混凝土结构，混凝土底部与钢管底面平齐，裸露出部分植筋，连接节点时在下段继续浇筑混凝土至与钢管顶面平齐，将上段沉降直至上、下钢管贴合对齐。本发明所公开的装配式输电塔塔身连接节点提高了混凝土的连接性和整体性，提高了节点的刚度和承载能力。

Description

一种装配式输电塔塔身连接节点及其制作方法

技术领域

本发明主要涉及一种固定建筑物，具体是一种装配式钢管混凝土输电塔塔身连接节点。

背景技术

电力在国民经济建设中具有举足轻重的地位，送电线路的安全可靠运行是电网的重要一环。电力系统在地震中一旦遭到破坏，不仅会造成巨额的直接或间接经济损失，还会引发火灾等次生灾害，对地震救灾和应急恢复也会产生极大的困难。高压输电塔是电力系统输电线路部分重要组成设施，直接关系电力系统正常功能的实现。但输电塔的设计荷载主要考虑大风、断线及安装等工况，地震作用在输电塔的设计中较少论及。随着经济的高速发展，送电线路里程近年急剧增长。我国是世界上的多地震国家，大量送电线路跨越震区不可避免，而作为送电线路支撑物的铁塔，确保其在地震作用下的安全成为人们关心的课题。

现阶段常用的不管是圆钢管输电塔还是角钢输电塔，仍存在以下缺点：①钢管采用法兰盘连接往往做不到完全刚接，结构稳定性和刚度不足，而且纯法兰连接抵抗温度应力疲劳作用效果较差，长期反复温度应力作用会导致连接松动，在突发地震作用下危险性较大；②对于高度与跨度较大的输电塔，由于跨越塔主柱构件的内力太大，加之为避免由于长细比大造成稳定验算时折扣过大，钢管的直径势必不会太小。对于直径如此之大的钢管结构，对设计人员来讲，其局部屈曲是一个十分棘手的问题。若一味采用壁厚较大的钢管，厚钢板带来的另一个不利的情况是：随着材料厚度加大，其各向同性的性能也随之下降，材料性能利用不充分；③角钢结构或者与圆钢管结构的猫头型、酒杯型、蝴蝶型等输电塔造型上部结构比重较大，地震作用下会导致中部存在扭转薄弱点，也存在发生扭转破坏的可能性；④壁厚较大的钢管存在层状撕裂问题，从加工制作的角度来看,需要用吨位很大的折弯机才能使构件加工精度达到要求，同时相应节点法兰盘的加工也会是一个巨大的难题。

传统的角钢输电塔或者圆钢管输电塔塔身钢管纵向连接节点也存在一定的问题：法兰盘作为钢管塔构件连接的主要节点形式，以传递拉力、压力为主。当钢管受拉时，法兰盘承受弯、剪共同作用，且以受弯为主，这对连接钢管的法兰盘受力不利，且法兰盘往往无法做到完全刚接。当节点内力太大时，只能增加法兰连接螺栓数量和直径，但对于大直径10.9级的高强螺栓,由于其镀锌时产生的氢脆断裂情况一直没有得到很好的解决,这个令人头疼的情况也在一些钢管杆线路工程中仍屡有发生。

发明内容

发明目的：本发明提供一种装配式输电塔塔身连接节点，借助了建筑中转换柱的概念提出装配式钢管混凝土输电塔塔身钢管混凝土与部分内填充钢管混凝土连接节点，可以有效的解决背景技术中提出的钢管结构输电塔节点刚度不足，抗震性能差等缺陷。

技术方案：一种装配式输电塔塔身连接节点，包括上段钢管混凝土构件和下段钢管混凝土构件，上段钢管混凝土构件和下段钢管混凝土构件内部浇筑混凝土，混凝土材料包括普通混凝土、高强混凝土和纤维混凝土；上段钢管混凝土构件和下段钢管混凝土构件相接触的两端檐口边缘焊接有刚性法兰并通过高强度螺栓紧固连接。上段钢管混凝土构件内部设置的上段钢筋笼伸入下段钢管混凝土构件内并与下段钢管混凝土构件内的下段钢筋笼一端部分交叠，上段钢筋笼的箍筋的直径大于下段钢筋笼箍筋直径，即上段钢筋笼的下段部分套于下段钢筋笼的上段外周，钢筋材料包括普通钢筋和高强度钢筋。

上段钢管混凝土构件和下段钢管混凝土构件最外层分别为上段外钢管和下段外钢管，钢管材料包括普通钢材、高强钢材和不锈钢；刚性法兰与上段外钢管和下段外钢管之间焊有周向均匀分布的密加劲肋来增加法兰盘刚度。

本发明还公开了一种上述装配式输电塔塔身连接节点的制作方法，该方法具体步骤如下：

1)制作上段钢管混凝土构件：预先准备好切割完毕的所需尺寸的上段外钢管，在两端檐口边缘焊接刚性法兰盘，在刚性法兰盘与上段外钢管之间焊接周向均匀分布的加劲板，定位好上段钢筋笼的上段钢筋笼植主筋和上段钢筋笼箍筋，然后浇筑所需强度的上段内填充混凝土直至与上段外钢管底面平齐并凿毛，预留一定长度范围的上段钢筋笼植主筋裸露在外；

2)制作下段钢管混凝土构件：预先准备好切割完毕的所需尺寸的下段外钢管，在两端檐口边缘焊接刚性法兰盘，在刚性法兰盘与上段外钢管之间焊接周向均匀分布的加劲板，定位好下段钢筋笼的下段钢筋笼植主筋和下段钢筋笼箍筋，然后浇筑所需强度的下段内填充混凝土，下段内填充混凝土与下段外钢管上表面之间预留一定距离作为后浇混凝土区域并凿毛，裸露出部分下段钢筋笼植主筋；

3)往下段钢管混凝土构件预留的后浇混凝土区域浇筑相同的后浇混凝土直至与下段外钢管上表面平齐，向下沉降上段钢管混凝土构件直至与下段钢管混凝土构件端面贴合，此时上段钢筋笼植主筋与下段钢筋笼植主筋在竖直方向部分交叠，安装高强度螺栓连接紧固刚性法兰盘。

由上述步骤可知，节点处钢管混凝土中后浇混凝土可替换以节约灾后修复成本。

有益效果：(1)自下而上构件采用钢管混凝土、部分内填充的钢管混凝土、纯钢管，结构下重上轻，基础稳定性得到了极大的提高。

(2)在钢管节点中填充混凝土形成钢管混凝土节点后，钢管约束了混凝土，可延缓其受压时的纵向开裂，而混凝土也可以延缓钢管过早地发生局部屈曲，二种材料相互弥补了彼此的弱点，可以充分发挥各自的长处，从而使钢管混凝土节点具有很高的承载能力。

(3)将钢管混凝土预制装配式的理念引入输电塔主体结构，减少了现场混凝土的浇筑工作量，可以大大缩短施工周期，提高施工效率。

(4)节点连接处利用了钢筋笼植筋，提高了混凝土的连接性和整体性，提高了节点的刚度和承载能力。

(5)内部填充的混凝土也充分地改善了法兰刚性连接的不足之处，提高了节点的刚度。钢管混凝土构件，由于混凝土的采用自重增加得较多，主柱的轴向拉力较纯钢管构件小了很多，法兰的连接较纯钢管的情况已经容易处理多了。

附图说明

图1是本发明实施方式一的结构示意图；

图2是本发明实施方式二的结构示意图；

图3是本发明图1的A-A截面示意图；

图4是本发明图2的B-B截面示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种装配式输电塔塔身连接节点，包括上段钢管混凝土构件1和下段钢管混凝土构件2，上段钢管混凝土构件1和下段钢管混凝土构件2最外层分别为上段外钢管102和下段外钢管202，内部分别设置有上段钢筋笼101与下段钢筋笼201；上段外钢管102内浇筑有上段内填充混凝土105，下段外钢管202内浇筑有下段内填充混凝土203以及后浇混凝土204；上段钢管混凝土构件1内部设置的上段钢筋笼101伸入下段钢管混凝土构件2内并与下段钢管混凝土构件2内的下段钢筋笼201一端部分交叠。上段外钢管102和下段外钢管202两端檐口边缘分别焊接刚性法兰盘3，其相接触的端面上的刚性法兰3通过高强度螺栓4紧固连接，刚性法兰3与上段外钢管102和下段外钢管202之间设有加劲板5，加劲板5周向均匀设置。

如图3和图4所示，上段钢筋笼101包括上段钢筋笼植主筋1011和上段钢筋笼箍筋1012，下段钢筋笼201包括下段钢筋笼植主筋2011和下段钢筋笼箍筋2012；上段钢筋笼箍筋1012的直径大于下段钢筋笼箍筋2012的直径，故上段钢筋笼植主筋1011伸入下段钢管混凝土构件2内部后位于下段钢筋笼植主筋2011的外侧，且两者在竖直方向部分交叠。

一种制作上述装配式输电塔塔身连接节点的方法，具体步骤如下：

1)制作上段钢管混凝土构件1：预先准备好切割完毕的所需尺寸的上段外钢管102，在两端檐口边缘焊接刚性法兰盘3以及加劲板5，定位好上段钢筋笼101的上段钢筋笼植主筋1011和上段钢筋笼箍筋1012，然后浇筑所需强度的上段内填充混凝土105直至与上段外钢管102底面平齐并凿毛，预留一定长度范围的上段钢筋笼植主筋1011裸露在外；

2)制作下段钢管混凝土构件2：预先准备好切割完毕的所需尺寸的下段外钢管202，在两端檐口边缘焊接刚性法兰盘3以及加劲板5，定位好下段钢筋笼201的下段钢筋笼植主筋2011和下段钢筋笼箍筋2012，然后浇筑所需强度的下段内填充混凝土203，下段内填充混凝土203与下段外钢管102上表面之间预留一定距离作为后浇混凝土区域并凿毛，裸露出部分下段钢筋笼植主筋2011；

3)往下段钢管混凝土构件2预留的后浇混凝土区域浇筑相同的后浇混凝土204直至与下段外钢管202上表面平齐，向下沉降上段钢管混凝土构件1直至与下段钢管混凝土构件2贴合，此时上段钢筋笼植主筋1011与下段钢筋笼植主筋2011在竖直方向部分交叠，安装高强度螺栓4连接紧固刚性法兰盘3。

实施例2

如图2所示，一种装配式输电塔塔身连接节点，包括上段钢管混凝土构件1和下段钢管混凝土构件2，上段钢管混凝土构件1和下段钢管混凝土构件2最外层分别为上段外钢管102和下段外钢管202，内部分别设置有上段钢筋笼101与下段钢筋笼201；上段外钢管102内通过连接缀板104固定连接有内钢管103，上段钢筋笼101设置在上段外钢管102与内钢管103之间，其内浇筑有上段内填充混凝土105，下段外钢管202内浇筑有下段内填充混凝土203以及后浇混凝土204；上段钢管混凝土构件1内部设置的上段钢筋笼101伸入下段钢管混凝土构件2内并与下段钢管混凝土构件2内的下段钢筋笼201一端部分交叠。上段外钢管102和下段外钢管202两端檐口边缘分别焊接刚性法兰盘3，其相接触的端面上的刚性法兰3通过高强度螺栓4紧固连接，刚性法兰3与上段外钢管102和下段外钢管202之间设有加劲板5，加劲板5周向均匀设置。

如图3和图4所示，上段钢筋笼101包括上段钢筋笼植主筋1011和上段钢筋笼箍筋1012，下段钢筋笼201包括下段钢筋笼植主筋2011和下段钢筋笼箍筋2012；上段钢筋笼箍筋1012环绕内钢管103且其直径大于下段钢筋笼箍筋2012的直径，故上段钢筋笼植主筋1011伸入下段钢管混凝土构件2内部后位于下段钢筋笼植主筋2011的外侧，且两者在竖直方向部分交叠。

为了使得上段外钢管102与内钢管103各个方向均稳定连接，连接缀板104周向均匀分布至少两列，竖直方向均匀分布至少两排。实际应用当中周向均匀分布四列，竖直方向均匀分布两排，共八个连接缀板104稳定性较好。

一种制作上述装配式输电塔塔身连接节点的方法，具体步骤如下：

1)制作上段钢管混凝土构件1：预先准备好切割完毕的所需尺寸的上段外钢管102和内钢管103，在上段外钢管102两端檐口边缘焊接刚性法兰盘3以及加劲板5，在上段外钢管102与内钢管103之间定位好上段钢筋笼101的上段钢筋笼植主筋1011和上段钢筋笼箍筋1012，然后在上段外钢管102与内钢管103浇筑所需强度的上段内填充混凝土105直至与上段外钢管102底面平齐并凿毛，预留一定长度范围的上段钢筋笼植主筋1011裸露在外；

2)制作下段钢管混凝土构件2：预先准备好切割完毕的所需尺寸的下段外钢管202，在两端檐口边缘焊接刚性法兰盘3以及加劲板5，定位好下段钢筋笼201的下段钢筋笼植主筋2011和下段钢筋笼箍筋2012，然后浇筑所需强度的下段内填充混凝土203，下段内填充混凝土203与下段外钢管102上表面之间预留一定距离作为后浇混凝土区域并凿毛，裸露出部分下段钢筋笼植主筋2011；

3)往下段钢管混凝土构件2预留的后浇混凝土区域浇筑相同的后浇混凝土204直至与下段外钢管202上表面平齐，向下沉降上段钢管混凝土构件1直至与下段钢管混凝土构件2贴合，此时上段钢筋笼植主筋1011与下段钢筋笼植主筋2011在竖直方向部分交叠，安装高强度螺栓4连接紧固刚性法兰盘3。

上述自下而上的构件采用钢管混凝土、部分内填充的钢管混凝土、纯钢管，结构下重上轻，基础稳定性得到了极大的提高。在钢管节点中填充混凝土形成钢管混凝土节点后，钢管约束了混凝土，可延缓其受压时的纵向开裂，而混凝土也可以延缓钢管过早地发生局部屈曲，二种材料相互弥补了彼此的弱点，可以充分发挥各自的长处，从而使钢管混凝土节点具有很高的承载能力。将钢管混凝土预制装配式的理念引入输电塔主体结构，减少了现场混凝土的浇筑工作量，可以大大缩短施工周期，提高施工效率。

节点连接处利用了钢筋笼植筋，提高了混凝土的连接性和整体性，提高了节点的刚度和承载能力。内部填充的混凝土也充分地改善了法兰刚性连接的不足之处，提高了节点的刚度。钢管混凝土构件，由于混凝土的采用自重增加得较多，主柱的轴向拉力较纯钢管构件小了很多，法兰的连接较纯钢管的情况已经容易处理多了。

Claims (7)

1.一种装配式输电塔塔身连接节点，包括上段钢管混凝土构件(1)和下段钢管混凝土构件(2)，所述上段钢管混凝土构件(1)和下段钢管混凝土构件(2)内部浇筑混凝土，接触端部紧固连接，其特征在于：所述上段钢管混凝土构件(1)内部设置的上段钢筋笼(101)伸入下段钢管混凝土构件(2)内并与下段钢管混凝土构件(2)内的下段钢筋笼(201)一端在竖直方向部分交叠；所述上段钢管混凝土构件(1)内设置有内钢管(103)，内钢管(103)与上段外钢管(102)采用连接缀板(104)连接，内钢管(103)与上段外钢管(102)之间设置上段钢筋笼(101)并浇筑上段内填充混凝土(105)。

2.根据权利要求1所述的装配式输电塔塔身连接节点，其特征在于：所述上段钢管混凝土构件(1)和下段钢管混凝土构件(2)最外层分别为上段外钢管(102)和下段外钢管(202)，上段外钢管(102)和下段外钢管(202)相接触的两端檐口边缘分别焊接刚性法兰(3)，刚性法兰(3)通过高强度螺栓(4)紧固连接。

3.根据权利要求2所述的装配式输电塔塔身连接节点，其特征在于：所述刚性法兰(3)与上段外钢管(102)和下段外钢管(202)之间设有加劲板(5)。

4.根据权利要求3所述的装配式输电塔塔身连接节点，其特征在于：所述连接缀板(104)周向均匀分布至少两列。

5.根据权利要求3所述的装配式输电塔塔身连接节点，其特征在于：所述连接缀板(104)在竖直方向均匀分布至少两排。

6.根据权利要求1～5任一项所述的装配式输电塔塔身连接节点，其特征在于：所述上段钢筋笼(101)的上段钢筋笼箍筋(1012)的直径大于所述下段钢筋笼(201)的下段钢筋笼箍筋(2012)的直径。

7.一种制作如权利要求1所述的装配式输电塔塔身连接节点的方法，具体步骤如下：

1)制作上段钢管混凝土构件(1)：预先准备好切割完毕的所需尺寸的上段外钢管(102)，在两端檐口边缘焊接刚性法兰(3)以及加劲板(5)，定位好上段钢筋笼(101)的上段钢筋笼植主筋(1011)和上段钢筋笼箍筋(1012)，然后浇筑所需强度的上段内填充混凝土(105)直至与上段外钢管(102)底面平齐并凿毛，预留一定长度范围的上段钢筋笼植主筋(1011)裸露在外；

具体步骤是先将上段外钢管(102)和内钢管(103)之间焊接连接缀板(104)，通过连接缀板(104)在上段外钢管(102)内固定连接内钢管(103)，然后再在上段外钢管(102)两端檐口边缘焊接刚性法兰(3)以及加劲板(5)；上段钢筋笼(101)设置于上段外钢管(102)和内钢管(103)之间，上段内填充混凝土(105)同样填充在上段外钢管(102)和内钢管(103)之间；

2)制作下段钢管混凝土构件(2)：预先准备好切割完毕的所需尺寸的下段外钢管(202)，在两端檐口边缘焊接刚性法兰(3)以及加劲板(5)，定位好下段钢筋笼(201)的下段钢筋笼植主筋(2011)和下段钢筋笼箍筋(2012)，然后浇筑所需强度的下段内填充混凝土(203)，下段内填充混凝土(203)与下段外钢管(102)上表面之间预留一定距离作为后浇混凝土区域并凿毛，裸露出部分下段钢筋笼植主筋(2011)；

3)往下段钢管混凝土构件(2)预留的后浇混凝土区域浇筑相同的后浇混凝土(204)直至与下段外钢管(202)上表面平齐，向下沉降上段钢管混凝土构件(1)直至与下段钢管混凝土构件(2)贴合，此时上段钢筋笼植主筋(1011)与下段钢筋笼植主筋(2011)在竖直方向部分交叠，安装高强度螺栓(4)连接紧固刚性法兰(3)。

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