[发明专利]输电钢管塔管板节点加劲板分配荷载计算方法

说明书

本发明实施例涉及输电钢管塔管板节点内力分析及设计计算技术领域，具体涉及一种输电钢管塔管板节点加劲板分配荷载计算方法，考虑到明确多环板节点协同作用，建立刚梁—弹簧支座模型，准确地反映出各个加劲板与主管、节点板之间的力学关系，准确得到了各个加劲板所分配的荷载，与节点的真实受力相符，避免了日本规范关于加劲环板设计结果中存在的过于保守或强度不足。考虑到主管整体弯曲变形对加劲板荷载分配的影响，针对不同节点布置形式，建立了弹性模型、刚性模型以及介于两者之间刚—弹性模型的弯曲刚度计算方法。通过将主管变形刚度与刚梁—弹簧支座模型中的弹簧支座刚度串联，实现了主管弯曲对环板力分配的影响，使得最终结果更加准确。

技术领域

本发明涉及输电钢管塔管板节点内力分析及设计计算技术领域，针对输电钢管塔—环形加劲节点在外荷载作用下，基于环形加劲肋和主管协同作用机制以及各环形加劲肋内力分配的计算模型，具体涉及一种输电钢管塔管板节点加劲板分配荷载计算方法。

背景技术

当前，我国经济已进入高质量发展阶段，为牢牢把握新一轮科技革命和产业变革带来的历史性机遇，国家战略性布局“新型基础设施建设”。其中特高压是保障区域能源安全、推动绿色能源利用和为5G、新能源汽车充电桩、城际高速铁路和轨道交通等新重大科技基础设施建设提供能源供给的重要举措，电力已成为日常生产生活和社会经济发展不可或缺的部分。但目前城市电力供应增长速度相对滞后，绿色能源占比偏低，特别是2020年冬季我国南方多省出现“拉闸限电”，使得持续加强特高压输电线路建设成为必然趋势，城市周边规模性配套建设高电压、大容量(多回路)输电线路尤为迫切，但输电塔荷载的增大导致传统角钢难以满足承载需求。钢管塔因构件风压小、刚度大、结构简洁等优势，已在输电线路工程中成为了主力塔型，表现出了显著的经济和社会效益。考虑到输电塔建设环境的特殊性，通常以管板节点代替传统钢管结构中的相贯节点，以降低野外施工难度、提高施工效率和保证施工质量。作为结构的传力枢纽，管板节点的受力性能决定了输电钢管塔结构的可靠性和国家电网体系的整体稳定性。

管板节点典型的失效模式为主管在轴向压力和支管侧向荷载共同作用下发生局部屈曲，为了保证管板节点具有良好的承载性能，通常在主管上增设环形加劲板以对节点进行加固。与主管管壁的变形刚度相比，环形加劲板的面内刚度高，节点板上的荷载向加劲环板处集中然后传递给主管，最终节点的失效发生在加劲环板及其所在的区域。因此，为了能够得到更合理的节点设计方案，需要首先揭示各个加劲环板协同作用下力的分配机制。

通过查阅相关国内外文献、规程和规范，发现目前针对管板节点的研究主要集中在无加劲和双加劲板管板节点的极限承载性能等方面。而针对设有多道环形加劲板的管板节点在荷载作用下的传力路径等方面的研究较匮乏。现阶段对多环板节点设计时主要参考日本规范(The Japanese Steel Tubular Association.Electricity transmittingsteel tubular tower manufacture norm,Tokyo:Maruzen Co.Ltd.,1985)对其各个环板分配力进行计算，但是日本规范具有以下缺点：(1)日本规范中假定各加劲环板为刚体，作用在节点板上的荷载主要通过中间加劲板传递到主管上，并且无论尺寸和位置各加劲环板所分配的力均相等。但是基于验证后的有限元数值计算结果发现，节点两端环板所分配荷载较大，中间环板分配荷载较小，并且环板越高、越厚其刚度越大，分配的荷载越多，这就造成了采用日本规范确定的各加劲环板分配的力与节点实际受力相差较大。(2)日本规范中采用所有环板分配力的最大值作为各个环板的设计荷载。由于传力分配计算结果与实际受力存在差异，导致个别环板设计结果存在过于保守或强度不足等问题。(3)随着主管长度的增加，主管的整体弯曲变形将进一步引起各个加劲板荷载分配关系的变化，日本规范中并没有考虑该因素对节点力传递路径的影响，与实际情况不符。

综上，迫切需要研究提出一种更加合理和可靠的多环板节点加劲板分配力计算方法，使计算结果与试验和数值分析更加吻合，进一步提高输电钢管塔管板节点设计的安全性和经济性。

发明内容