CN113378267A - 一种输电塔开孔挂线板节点设计方法 - Google Patents

一种输电塔开孔挂线板节点设计方法 Download PDF

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李钟�
王伸富
张利如
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Abstract

本发明输电塔挂线板技术领域，具体公开了一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，所述挂线板节点包括横担主材、设置有挂孔的挂线板、以及用于连接挂线板和横担主材的连接螺栓，具体包括：确定连接螺栓强度；确定挂孔净截面的抗拉强度；确定挂线板的抗剪强度；确定挂线板的劈裂强度；确定挂线板的承压强度。本发明在强度计算时考虑了挂孔的作用，增加了设计的可靠性和安全性。

Description

一种输电塔开孔挂线板节点设计方法
技术领域
本发明涉及输电塔设计技术领域，更具体地讲，涉及一种输电塔开孔挂线板节点设计方法。
背景技术
工程设计中缺乏对开孔挂线板挂点连接的相关研究，杆塔设计规范也没有规定挂线板的设计方法，目前工程中通常是基于经验化设计，使得挂线板节点的设计一直处于盲区，不具有足够的可靠度和安全性，不利于输电塔结构设计的发展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，在强度计算时考虑了挂孔的作用，增加了设计的可靠性和安全性。
本发明解决技术问题所采用的解决方案是：
一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，所述挂线板节点包括横担主材、设置有挂孔的挂线板、以及用于连接挂线板和横担主材的连接螺栓，具体包括：
确定连接螺栓强度；
确定挂孔净截面的抗拉强度；
确定挂线板的抗剪强度；
确定挂线板的劈裂强度；
确定挂线板的承压强度。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板连接螺栓强度具体包括抗剪验算和承压验算，其计算公式为：
Figure BDA0003103264510000021
Figure BDA0003103264510000022
Figure BDA0003103264510000023
Figure BDA0003103264510000024
其中，
F为导线施加给挂点的外荷载合力设计值；
FX、FY、FZ分别为导线施加给挂点的X、Y、Z方向上的荷载；
V为单颗螺栓剪力设计值；
n为连接螺栓的数量；
Figure BDA0003103264510000025
为单个螺栓抗剪承载力设计值；
Figure BDA0003103264510000026
为单个螺栓承压承载力设计值；
Figure BDA0003103264510000027
为螺栓抗剪强度设计值；
Figure BDA0003103264510000028
为螺栓承压强度设计值；
d为螺栓螺杆直径；∑t为受力方向较小板总厚。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板挂孔净截面抗拉强度，具体按照以下公式进行计算：
挂孔净截面的有效计算宽度按照下式计算：
be＝min(2t+16,b-d0/3)；
其中，
be为挂孔净截面的有效计算宽度；
t挂线板厚度；
b为挂线孔到边缘的距离；
d0为挂孔孔径；
根据挂孔净截面的有效计算宽度，对挂孔净截面的抗拉强度计算：
Figure BDA0003103264510000031
式中，f为挂线板抗拉强度设计值。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板抗剪强度，按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000032
挂孔处挂线板抗剪强度按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000033
式中，fv为挂线板抗剪强度设计值。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板劈裂强度，具体按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000034
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板承压强度，具体按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000035
其中，
fce为挂孔处挂线板承压强度；
a0为挂孔与金具之间的间隙，a0＝2-3mm；
t1为塞焊厚度。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明依据钢结构计算理论，并考虑了挂孔的作用，给出了挂线板节点的设计方法，相比现有技术中基于经验化设计，使得挂线板节点的设计具有足够的可靠度和安全性，利于输电塔结构设计的发展。
附图说明
图1为本发明中挂线板节点的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
其中：1、横担主材；2、挂线板；21、挂孔；3、连接螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明进行详细说明。
一种输电塔开孔挂线板2节点设计方法，所述挂线板2节点包括横担主材1、设置有挂孔21的挂线板2、以及用于连接挂线板2和横担主材1的连接螺栓3，具体包括：
确定连接螺栓3强度；
确定挂孔21净截面抗拉强度；
确定挂线板2的抗剪强度；
确定挂线板2的劈裂强度；
确定挂线板2的承压强度。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板2连接螺栓3强度具体包括抗剪验算和承压验算，其计算公式为：
Figure BDA0003103264510000051
Figure BDA0003103264510000052
Figure BDA0003103264510000061
Figure BDA0003103264510000062
其中，
F为导线施加给挂点的外荷载合力设计值；
FX、FY、FZ分别为导线施加给挂点的X、Y、Z方向上的荷载；
V为单颗螺栓剪力设计值；
n为连接螺栓3的数量；
Figure BDA0003103264510000063
为单个螺栓抗剪承载力设计值；
Figure BDA0003103264510000064
为单个螺栓承压承载力设计值；
Figure BDA0003103264510000065
为螺栓抗剪强度设计值；
Figure BDA0003103264510000066
为螺栓承压强度设计值；
d为螺栓螺杆直径；∑t为受力方向较小板总厚。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板2挂孔21净截面抗拉强度，具体按照以下公式进行计算：
挂孔21净截面的有效计算宽度按照下式计算：
be＝min(2t+16,b-d0/3)；
其中，
be为挂孔21净截面的有效计算宽度；
t挂线板2厚度；
b为挂线孔到边缘的距离；
d0为挂孔21孔径；
根据挂孔21净截面的有效计算宽度，对挂孔21净截面的抗拉强度计算：
Figure BDA0003103264510000071
式中，f为挂线板2抗拉强度设计值。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板2抗剪强度，按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000072
挂孔21处挂线板2抗剪强度按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000073
式中，fv为挂线板2抗剪强度设计值。
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板2劈裂强度，具体按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000074
在一些可能的实施方式中，所述确定挂线板2承压强度，具体按照下式计算：
Figure BDA0003103264510000075
其中，
fce为挂孔21处挂线板2承压强度；
a0为挂孔21与金具之间的间隙，a0＝2-3mm；
t1为塞焊厚度。
实施例1：
在500kV及以下的输电塔上，导线施加给铁塔的荷载相对较小，导线与铁塔的连接一般采用开孔挂线板2节点型式，开孔挂线板2连接比短角钢头连接更为简洁方便，如图1所示。挂线板2与输电塔横担主材1角钢间通过连接螺栓3进行连接，挂线板2上开有用于穿过导线金具的挂线孔，孔径为d0；挂线板2边缘一般呈圆弧状，孔边距为b；挂孔21中心到边缘的距离为D1＝d0/2+b；F为导线施加给挂线板2的外荷载合力；挂线孔周边焊接有一圈厚度为t1的塞焊，加强了挂线孔的强度；挂线板2在YZ平面内具有一定的倾度，以适应不同情况下的导线荷载。
本实施例假定需要设计输电转角塔J1的导线挂线板2，挂线板2采用Q355等级钢材，塞焊厚度为0，挂线孔径根据金具构造取为d0＝30mm，孔边距按照构造取为1.5d0＝45mm，挂线板2与横担主材1，横担主材1规格为Q420L160×10；采用4颗6.8级M20的螺栓连接，X、Y、Z方向的荷载为40kN、100kN、50kN，可按照下列步骤设计开孔挂线板2的厚度：
1)构造要求挂线板2厚度不小于横担主材1肢厚，先按照构造假定挂线板2的厚度与主材肢厚相同，假定挂线板2厚度t＝12mm，则有：
2)连接螺栓3强度计算
挂线板2节点承受的合力为：
Figure BDA0003103264510000081
单颗螺栓承受的剪力为：
Figure BDA0003103264510000082
螺栓的抗剪强度计算：
Figure BDA0003103264510000083
满足要求；
螺栓的承压强度计算：
Figure BDA0003103264510000084
满足要求；
3)挂线板2挂孔21净截面抗拉强度计算
挂孔21净截面的有效计算宽度计算：
be＝min(2t+16,b-d0/3)＝min(2×12+16,45-30/3)＝35mm；
挂孔21净截面的抗拉强度计算：
Figure BDA0003103264510000091
满足要求；
4)挂线板2抗剪强度计算
挂孔21处挂线板2抗剪截面宽度计算：
Figure BDA0003103264510000092
挂孔21处挂线板2抗剪强度计算：
Figure BDA0003103264510000093
满足要求；
5)挂线板2劈裂强度计算
挂孔21处挂线板2劈裂强度计算：
Figure BDA0003103264510000094
满足要求；
6)挂线板2承压强度计算
考虑挂孔21处2mm的孔间隙，挂线板2承压强度计算：
Figure BDA0003103264510000095
满足要求；
综上所述，1)-6)步骤均满足，取导线挂线板2厚度为12mm是满足设计要求的，倘若挂线板2厚度不满足1)-6)步骤，则增加挂线板2厚度，再次重复1)-6)步骤计算，如此迭代，直至挂线板2厚度满足设计强度要求。
本发明依据钢结构计算理论，并考虑了挂孔21的作用，给出了挂线板2节点的设计方法，相比现有技术中基于经验化设计，使得挂线板2节点的设计具有足够的可靠度和安全性，利于输电塔结构设计的发展。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，所述挂线板节点包括横担主材、设置有挂孔的挂线板、以及用于连接挂线板和横担主材的连接螺栓，其特征在于，具体包括：
确定连接螺栓强度；
确定挂孔净截面的抗拉强度；
确定挂线板的抗剪强度；
确定挂线板的劈裂强度；
确定挂线板的承压强度。
2.根据权利要求1所述的一种输电塔开孔挂；线板节点设计方法，其特征在于，所述确定挂线板连接螺栓强度具体包括抗剪验算和承压验算，其计算公式为：
Figure FDA0003103264500000011
Figure FDA0003103264500000012
Figure FDA0003103264500000013
Figure FDA0003103264500000014
其中，
F为导线施加给挂点的外荷载合力设计值；
FX、FY、FZ分别为导线施加给挂点的X、Y、Z方向上的荷载；
V为单颗螺栓剪力设计值；
n为连接螺栓的数量；
Figure FDA0003103264500000015
为单个螺栓抗剪承载力设计值；
Figure FDA0003103264500000016
为单个螺栓承压承载力设计值；
Figure FDA0003103264500000021
为螺栓抗剪强度设计值；
Figure FDA0003103264500000022
为螺栓承压强度设计值；
d为螺栓螺杆直径；∑t为受力方向较小板总厚。
3.根据权利要求2所述的一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，其特征在于，所述确定挂线板挂孔净截面抗拉强度，具体按照以下公式进行计算：
挂孔净截面的有效计算宽度按照下式计算：
be＝min(2t+16,b-d0/3)；
其中，
be为挂孔净截面的有效计算宽度；
t挂线板厚度；
b为挂线孔到边缘的距离；
d0为挂孔孔径；
根据挂孔净截面的有效计算宽度，对挂孔净截面的抗拉强度计算：
Figure FDA0003103264500000023
式中，f为挂线板抗拉强度设计值。
4.根据权利要求3所述的一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，其特征在于，所述确定挂线板抗剪强度，按照下式计算：
Figure FDA0003103264500000024
挂孔处挂线板抗剪强度按照下式计算：
Figure FDA0003103264500000025
式中，fv为挂线板抗剪强度设计值。
5.根据权利要求4所述的一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，其特征在于，所述确定挂线板劈裂强度，具体按照下式计算：
Figure FDA0003103264500000031
6.根据权利要求5所述的一种输电塔开孔挂线板节点设计方法，其特征在于，所述确定挂线板承压强度，具体按照下式计算：
Figure FDA0003103264500000032
其中，
fce为挂孔处挂线板承压强度；
a0为挂孔与金具之间的间隙，a0＝2-3mm；
t1为塞焊厚度。
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