CN202117386U - 用于输电线路钢管塔的k型节点和输电线路钢管塔 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于输电线路钢管塔的K型节点和输电线路钢管塔。一种用于输电线路钢管塔的K型节点，包括第一主材钢管、第二主材钢管、第一斜材钢管、第二斜材钢管、法兰和节点板，所述第一主材钢管的一端和所述第二主材钢管的一端通过所述法兰连接在一起，所述节点板固定在所述第一主材钢管上，所述第一斜材钢管和第二斜材钢管分别固定在节点板上，其中所述K型节点的偏心距为负值。相对于传统输电线路钢管塔的K型节点而言，本实用新型的一个实施例的负偏心K型节点能够使节点布置更加紧凑，从而减小了节点板尺寸，在节省材料的同时也减小了节点挡风面积。
Description
技术领域
本实用新型涉及输变电领域，具体来说，涉及一种用于输电线路钢管塔的K型节点和输电线路钢管塔。
背景技术
目前，我国输电线路钢管塔主材通常采用有加劲法兰或无加劲法兰连接，日本则已经在特高压或普通电压等级钢管塔中应用带颈法兰，但日本带颈法兰是基于刚性设计思路，且法兰颈部型式与我国有所区别。我国采用的带颈法兰的结构可以参考例如发明名称为“一种特高压钢管塔用带颈平焊法兰及带颈对焊法兰”的实用新型专利(专利号ZL200920162554.6)，在该专利中对带颈法兰的结构进行了详细的描述，为了节省篇幅，本文中就不再赘述。
在输电线路钢管塔中，K型节点是一种常用的节点型式，通常是主材及交叉斜材相交于此。其中，钢管塔主材多采用法兰连接，常用有加劲法兰和无加劲法兰两种型式；交叉斜材多采用插板连接，通常是两根交叉斜材的轴心线与主材轴心线相交于K节点。
现有输电线路钢管塔K节点中的交叉斜材轴心线均交于主材轴心线。但是，这种输电线路钢管塔的K节点中，节点板尺寸较大，使得节点挡风面积较大，增大了输电线路钢管塔的受力，也耗费了更多的材料，提高了输电线路钢管塔的成本。
因此，需要提出一种新的技术来解决上述现有技术中的任何问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种用于输电线路钢管塔的K型节点来克服现有技术中的至少一部分问题。
本实用新型的另一个方面是提供一种采用上述K型节点的输电线路钢管塔。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种用于输电线路钢管塔的K型节点，该K型节点包括第一主材钢管、第二主材钢管、第一斜材钢管、第二斜材钢管、法兰和节点板，所述第一主材钢管的一端和所述第二主材钢管的一端通过所述法兰连接在一起，所述节点板固定在所述第一主材钢管上，所述第一斜材钢管和第二斜材钢管分别固定在节点板上，其中所述K型节点的偏心距为负值。
优选地，所述K型节点的偏心距的绝对值小于等于所述第一主材钢管的直径的1/4。
优选地，所述法兰为带颈法兰。
优选地，所述法兰为带颈锻造法兰。
进一步地，所述带颈锻造法兰为带颈平焊法兰或带颈对焊法兰。
根据本实用新型的另一方面，还提供了一种输电线路钢管塔，包括至少一个根据本实用新型的K型节点。
本实用新型的优点包括以下至少一种。
相对于传统输电线路的钢管塔K型节点而言，本实用新型的一个实施例的负偏心K节点能够使节点布置更加紧凑，从而减小了节点板尺寸，在节省材料的同时也减小了节点挡风面积。此外，带颈锻造法兰的应用使得不需要大量的焊接工作。
本实用新型具有较强的前瞻性，将对带颈法兰偏心节点等新型节点型式在输电线路钢管塔中的应用研究具有一定指导意义及参考价值。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同说明书一起用于解释本实用新型的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本实用新型，其中：
图1是示出现有技术中输电线路钢管塔的K型节点的示图。
图2是示出根据本实用新型的一个实施例的输电线路钢管塔K型节点的示图。
图3是示出K型节点的偏心距为正值的示图。
图4是示出K型节点的偏心距为零的示图。
图5是示出K型节点的偏心距为负值的示图。
图6是根据本实用新型的输电线路钢管塔K型节点的带颈平焊法兰主视图。
图7是根据本实用新型的输电线路钢管塔K型节点的带颈平焊法兰俯视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了现有技术中输电线路钢管塔的K型节点的结构。如图1所示，在该K型节点中，包括第一主材1、第二主材2、加劲法兰4、第一斜材5、第二斜材6以及节点板3。其中，第一主材1、第二主材2、第一斜材5、第二斜材6都是钢管。第一主材1的一端和第二主材2的一端通过加劲法兰4连接在一起，节点板3通过例如焊接等方式固定在第一主材1上。第一斜材5和第二斜材6分别通过例如插板连接等方式与节点板3固定在一起，其中，第一斜材5通过焊接与第一插板7连接在一起，再经由第一插板7通过螺栓连接与节点板3固定；同理，第二斜材6通过焊接与第二插板8连接在一起，再经由第二插板8通过螺栓连接与节点板3固定。
为了使钢管塔的主材和斜材受力均匀、实现最好的承载能力，通常把主材和斜材的中心轴线布置在同一个平面上，并且斜材的中心轴线的交点位于主材的中心轴线上。如图1所示，第一主材1、第一斜材5和第二斜材6的中心轴线位于同一个平面上，并且第一斜材5和第二斜材6的中心轴线的延长线的交点位于第一主材1的中心轴线上。
上面简要介绍了现有技术中的K型节点的结构。在进一步描述本实用新型的K型节点结构之前，先介绍一下偏心距的概念。所谓偏心距，通常是表示斜材的中心轴线的交点与对应的主材的中心轴线之间的距离。
图3-图5示出了三种不同的偏心距。其中，图3所示为正偏心距，图4所示为零偏心距，图5所示为负偏心距。
如图3所示，当第一斜材5的中心轴线和第一斜材6的中心轴线的交点位于远离斜材的一侧时，偏心距9取正值，即偏心距为正偏心。
如图4所示，当第一斜材5的中心轴线和第一斜材6的中心轴线的交点位于主材的中心轴线上时，偏心距等于零，即无偏心。
如图5所示，当第一斜材5的中心轴线和第一斜材6的中心轴线的交点位于靠近斜材的一侧时，偏心距9取负值，即负偏心。
下面根据图2介绍根据本实用新型的一个实施例的输电线路钢管塔的K型节点的结构。
图2示出了根据本实用新型的一个实施例的输电线路钢管塔的K型节点的结构。如图2所示，在该K型节点中，包括第一主材1、第二主材2、带颈锻造法兰10、第一斜材5、第二斜材6以及节点板3。其中，第一主材1、第二主材2、第一斜材5、第二斜材6都是钢管。第一主材1的一端和第二主材2的一端通过带颈锻造法兰10连接在一起，节点板3通过例如焊接等方式固定在第一主材1上。第一斜材5和第二斜材6分别通过例如插板连接等方式与节点板3固定在一起，其中，第一斜材5通过焊接与第一插板7连接在一起，再经由第一插板7通过螺栓连接与节点板3固定；同理，第二斜材6通过焊接与第二插板8连接在一起，再经由第二插板8通过螺栓连接与节点板3固定。
如图2所示，第一主材1、第一斜材5和第二斜材6的中心轴线位于同一个平面上，并且相对于第一主材1的中心轴线而言，第一斜材5和第二斜材6的中心轴线的延长线的交点位于靠近斜材的一侧。因此，偏心距9为负值。
偏心距9为负值的优点在于，可以使得节点布置更加紧凑，从而减小了节点板尺寸，在节省材料、降低成本的同时也减小了节点挡风面积。
从图3-图5可以更清楚地看到上述优点。对于同样的K型节点，节点板的尺寸随着偏心距变化(由正偏心变成无偏心，然后再成为负偏心)而逐渐减小。即节点板长度13＞节点板长度14＞节点板长度15。
在清楚了负偏心距带来的好处以后，下面简要描述一下带颈锻造法兰的构造。如图6和图7所示，分别为本实用新型的带颈锻造法兰的主视图和俯视图。
该示例性带颈锻造法兰10为带颈平焊法兰，属于整体式设计，包括平焊法兰颈101和平焊法兰板102两部分。
如图6所示，所述带颈锻造法兰10的中心成一空腔，用于插入对接钢管20。所述带颈锻造法兰10的内径用B表示，且其内径B略大于所述对接钢管20的外径A。所述平焊法兰板102的外边缘直径即为所述带颈锻造法兰10的外径，如图中D所示。所述平焊法兰颈101的上底面与所述平焊法兰板102下底面之间的距离即为所述带颈锻造法兰10的高度，用H表示。
所述平焊法兰颈101呈凸台形，其外侧面为斜面；所述外侧面与垂直面之间具有一定的夹角θ(如图6中所示)。所述夹角θ称为所述带颈锻造法兰的变坡角度。
参见图6，所述平焊法兰颈101的外侧面与所述平焊法兰板102的连接处具有一定的弧度，称为平焊法兰的变坡弧度，其弧度值为R。所述平焊法兰颈101外侧面与所述平焊法兰板102连接处为一圆周，所述圆周的直径即为所述法兰颈101的根部直径N。
参见图6，所述法兰板102具有一定的厚度，即为法兰板高度C。
结合图6和图7所示，所述法兰板102上开由n个通孔103，用于配套安装螺栓和螺钉，以固定所述带颈锻造法兰10。其中，n为大于等于2的偶数。
参见图7，n个通孔103均匀相同直径的圆孔，且所有通孔103的圆心均位于以所述带颈锻造法兰的中心轴线为圆心的同一圆周上。优选地，所述n个通孔103的圆心沿所述圆周方向均匀分布。设定：所述n个通孔103的圆心围成的圆的直径为平焊法兰螺栓定位圆直径，用K表示，如图6所示。
采用所述带颈锻造法兰对钢管塔的钢管对接时，需要根据对接钢管的外径配套设置相应的带颈锻造法兰。其设定标准为：所述带颈锻造法兰的内径略大于对接钢管的外径。
如图6所示，实现钢管对接时，只需将对接钢管20的一端插入配套的带颈锻造法兰10的内部，通过两条角焊缝焊接而成。
上面给出了带颈锻造法兰为带颈平焊法兰的示例，当然，本领域技术人员应当理解，本实用新型中的带颈锻造法兰也可以采用带颈对焊法兰，为了节省篇幅，这里不再赘述，带颈平焊法兰和带颈对焊法兰的构造可以参考发明名称为“一种特高压钢管塔用带颈平焊法兰及带颈对焊法兰”的中国实用新型专利(专利号ZL200920162554.6)。
在对于带颈锻造法兰负偏心距K型节点的一个示例性试验分析中，选取主材钢管规格Φ426×10(即钢管外径d为426mm，钢管厚度为10mm)、斜材钢管规格Φ168×4(即钢管外径为168mm，钢管厚度为4mm)的K型节点开展轴心受拉试验，主材钢管和斜材钢管的强度等级均为Q345，两个斜材钢管与主材钢管法线方向的夹角分别为40和44度，且在两次例示性试验中，斜材钢管的偏心距分别取为-107mm(-d/4)和-170mm(-2d/5)。
试验发现，在设计荷载下，主材钢管和斜材钢管的承载力都能满足设计要求；加载至主材钢管发生明显径缩、超载基本达到45％时停止加载，拉、压斜材钢管以及节点板附近主材钢管均未发生明显局部屈曲，但在极限荷载下高颈法兰的法兰板发生撬起变形。其中，当偏心距为-2d/5时，上、下法兰板的撬起变形为1.92mm、1.34mm；当偏心距为-d/4时，上、下法兰板的撬起变形为1.33mm、1.25mm。由此可见，K型节点的偏心距取为-d/4时的法兰板变形较之偏心距取为-2d/5时的法兰板变形要小。
为验证上述试验结果，同时开展了相应的有限元分析，极限荷载下的分析结果如表1所示。根据有限元分析结果以及表1数据发现：K型节点在设计荷载下能够满足承载要求；达到极限荷载时，偏心距为-107mm(-d/4)的主材钢管及法兰应力均小于偏心距为-170mm(-2d/5)的主材钢管及法兰应力，与节点试验规律相符。
表1高颈法兰偏心K节点有限元分析结果
根据上面的试验以及有限元分析，可以看出来，当K型节点的负偏心距小于或等于主材钢管直径的1/4时，负偏心对于K型节点的承载性能影响较小，在设计荷载下完全能够满足节点承载性能要求。在一个实施例中，根据本实用新型的K型节点比常规K型节点能节约用钢量约3％左右。
在此也顺便提及，第一斜材5和第二斜材6分别通过例如插板连接等方式与节点板3固定，并经由节点板3与主材焊接在一起。但是，这不是本实用新型所必须的。本领域技术人员能够理解，可以通过诸如相贯焊接、法兰连接等多种方式将斜材与主材连接固定或接合，这些方式也在本实用新型的范围之内。
上述实施例中，第一主材1和第二主材2之间通过带颈锻造法兰连接。使用这种带颈锻造法兰的优点在于，带颈锻造法兰承载性能主要由拉力控制，当主材受压时，法兰的承载性能足够满足设计要求。并且，如果主材之间通过一体锻造而成的带颈法兰连接，可以进一步减少常用的有加劲法兰中法兰板的焊接工作，由此可以大幅提高工程的加工及安装效率，节约工程建设成本。当然，上面的实施例中使用带颈锻造法兰只是作为一个优选的示例。本领域技术人员也可以根据实际设计需要，采用其它各种类型的加劲法兰或无加劲法兰。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (7)
1.一种用于输电线路钢管塔的K型节点，其特征在于，该K型节点包括第一主材钢管、第二主材钢管、第一斜材钢管、第二斜材钢管、法兰和节点板，所述第一主材钢管的一端和所述第二主材钢管的一端通过所述法兰连接在一起，所述节点板固定在所述第一主材钢管上，所述第一斜材钢管和第二斜材钢管分别固定在节点板上，其中所述K型节点的偏心距为负值。
2.根据权利要求1所述的K型节点，其特征在于，所述K型节点的偏心距的绝对值小于等于所述第一主材钢管的直径的1/4。
3.根据权利要求2所述的K型节点，其特征在于，所述法兰为带颈法兰。
4.根据权利要求3所述的K型节点，其特征在于，所述法兰为带颈锻造法兰。
5.根据权利要求4所述的K型节点，其特征在于，所述带颈锻造法兰为带颈平焊法兰。
6.根据权利要求4所述的K型节点，其特征在于，所述带颈锻造法兰为带颈对焊法兰。
7.一种输电线路钢管塔，其特征在于，包括至少一个根据权利要求1-6之一所述的K型节点。
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