本發(fā)明涉及輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點領域，具體涉及一種輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法。

背景技術：

輸電塔則是架空線路的支撐點,在輸電塔上架設一個回路則是單回路輸電塔,在輸電塔上架設兩個回路則是雙回路輸電塔。單回路就是指一個負荷有一個供電電源的回路；雙回路就是指一個負荷有兩個供電電源的回路。一般，對供電可靠性要求高的企業(yè),或地區(qū)重要變電站,均采用雙回線供電,這樣可保護其中一個電源因故停電，另一個電源可繼續(xù)供電。但對一般的對供電可靠性要求不高的中小用戶往往采用單電源供電。近年來隨著架空輸點線路鋼管塔設計、建設和運行中新技術、新工藝和新材料的應用，輸電鋼管塔的數(shù)量越來越多，鋼管節(jié)點的局部穩(wěn)定受到廣泛關注。

傳統(tǒng)的靴型板鋼管節(jié)點在計算時并不將肋板在抗彎時按由主管壁與肋板組成T型斷面考慮，而是將連接節(jié)點按受壓桿連接肢端面中點沿桿軸線方向至軒桿的凈距離與板件厚度的比值來進行穩(wěn)定計算，未考慮連板高度與鋼管直徑的關系，也未明確考慮肋板受影響弧長。這樣就導致結構在安全儲備方面與預期效果存在偏差。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供一種輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法，該方法避免了結構在安全儲備方面與預期效果存在的偏差，有效的模擬了構件的實際受力情況，且計算過程簡單明了，方便設計人員進行鋼管節(jié)點局部穩(wěn)定計算，使得輸電鋼管塔的結構更加可靠穩(wěn)定，進而保證了輸電鋼管塔在工作狀態(tài)中的可靠性與安全性。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法，所述鋼管節(jié)點為鋼管與肋板之間的連接節(jié)點；所述肋板包括與所述鋼管同軸且焊接在鋼管壁上的靴型肋板、分別同平面設置在所述靴型肋板兩端上連接肋板和下連接肋板；所述肋板與所述連接節(jié)點兩側的鋼管壁的橫截面為T型斷面；

所述確定方法包括如下步驟：

步驟1.計算所述鋼管的橫向力和彎矩；

步驟2.根據所述鋼管的橫向力和彎矩，分別計算所述上連接肋板和下連接肋板的作用力，并選擇所述上連接肋板和下連接肋板中作用力的值較大的作為連接肋板；

步驟3.計算所述靴型肋板的軸力影響系數(shù)，并根據所述軸力影響系數(shù)計算所述鋼管的局部變形承載力；

步驟4.分別計算所述連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力；

步驟5.比較所述鋼管的局部變形承載力、所述連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力；其中的最小值與所述軸力影響系數(shù)的乘積即為所述鋼管節(jié)點的承載力的值。

優(yōu)選的，所述步驟1之前，包括：

測量所述鋼管的直徑、屈服力、偏心距離、內壁半徑和鋼管壁的厚度；分別測量所述鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材內力和夾角；測量所述肋板的厚度、所述上連接肋板和上連接肋板之間的高度；測量位于所述T型斷面上的鋼管壁的弧長；測量所述靴型肋板的軸力。

優(yōu)選的，所述步驟1，包括：

1-1.根據所述鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材內力和夾角及所述鋼管的直徑和偏心距離，分別計算所述鋼管的橫向力和剪力；

1-2.根據所述鋼管的剪力，計算所述鋼管的彎矩。

優(yōu)選的，所述步驟1-1，包括：

a.計算所述鋼管的橫向力P：

P＝F₁*sinθ₁+F₂*sinθ₂+F₃*sinθ₃；

b.計算所述鋼管的剪力Q：

Q＝F₁*cosθ₁-F₂*cosθ₂-F₃*cosθ₃；

式中，F(xiàn)₁、F₂、F₃分別為所述鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材內力，θ₁、θ₂、θ₃分別為所述鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材夾角。

優(yōu)選的，所述步驟1-2，包括：

根據所述鋼管的剪力，計算所述鋼管的彎矩M：

M＝Q*(D/2-e)*0.1；

式中，Q為所述鋼管的剪力，D為所述鋼管的直徑，e為所述鋼管得偏心距離。

優(yōu)選的，所述步驟2，包括：

2-1.根據所述鋼管的橫向力和彎矩，計算所述上連接肋板的作用力Pv1：

Pv1＝M/B/0.1+P/2；

2-2.根據所述鋼管的橫向力P和彎矩M，計算所述下連接肋板的作用力Pv2：

Pv2＝-M/B/0.1+P/2

其中，P為所述鋼管的橫向力，M為所述鋼管的彎矩，B為所述上連接肋板和上連接肋板之間的高度；

2-3.選擇所述上連接肋板和下連接肋板中作用力的值較大的作為連接肋板。

優(yōu)選的，所述步驟3，包括：

3-1.根據所述靴型肋板的軸力和所述鋼管的屈服力，計算所述靴型肋板的軸力影響 系數(shù)β：

β¹＝1-(1.67N/Ny/1.5-0.67)²N/Ny/1.5；

若β¹≤0.4，則β¹的值即為軸力影響系數(shù)β的值；

若β¹＞0.4，則軸力影響系數(shù)β的值為1；

式中，β¹為所述靴型肋板的軸力影響系數(shù)β的參數(shù)值，N為所述靴型肋板的軸力，Ny為所述鋼管的屈服力；

3-2.根據所述靴型肋板的軸力影響系數(shù)β，計算所述鋼管的局部變形承載力Py1：

Py1＝21C*(0.1T)²*f*β/D；

式中，C為位于所述T型斷面上的鋼管壁的弧長，f為所述鋼管的設計值，T為鋼管壁的厚度，D為所述鋼管的直徑。

優(yōu)選的，所述步驟4，包括：

4-1.計算所述T型斷面的翼緣寬度；并根據所述翼緣寬度計算所述T型斷面的面積比例；

4-2.根據所述T型斷面的面積比例計算所述連接肋板的抗彎承載力，并計算所述連接肋板的抗剪承載力。

優(yōu)選的，所述步驟4-1，包括：

c.計算所述T型斷面的翼緣寬度Be：

$\mathrm{Be}=1.52\sqrt{(T*r)};$

d.計算所述T型斷面的面積比例k：

k＝Be*T/R/tr；

式中，T為所述鋼管壁的厚度，r為所述鋼管的內壁半徑，tr為所述肋板的厚度，R為所述T型斷面上的肋板的高度。

優(yōu)選的，所述步驟4-2，包括：

e.根據所述T型斷面的面積比例計算所述連接肋板的抗彎承載力：

若所述T型斷面的面積比例k≤1，則所述連接肋板的抗彎承載力Py2為：

Py2＝2(0.1R)²*tr*fr(1+2k-k²)/C；

若所述T型斷面的面積比例k＞1，則所述連接肋板的抗彎承載力Py2為：

Py2＝4(0.1R)²*tr*fr/C；

f.計算所述連接肋板的抗剪承載力Py3：

$\mathrm{Py}3=2*0.1R*0.1\mathrm{tr}*\mathrm{fr}/\sqrt{3};$

式中，tr為所述肋板的厚度，fr為所述肋板的設計值，k為T型斷面的面積比例，R為所述T型斷面上的肋板的高度，C為位于所述T型斷面上的鋼管壁的弧長；

優(yōu)選的，所述步驟5，包括：

所述鋼管節(jié)點的計算承載力通過下式確定：

Py＝MIN(Py1，Py2，Py3)*β；

其中，Py為計算承載力。

從上述的技術方案可以看出，本發(fā)明提供了一種輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法，通過計算鋼管的橫向力和彎矩；分別計算上連接肋板和下連接肋板的作用力，并選擇上連接肋板和下連接肋板中作用力的值較大的作為連接肋板；計算鋼管的局部變 形承載力和連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力,比較鋼管的局部變形承載力、連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力，得到鋼管節(jié)點的承載力的值。本發(fā)明提出的輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法，該方法避免了結構在安全儲備方面與預期效果存在的偏差，有效的模擬了構件的實際受力情況，且配合示意圖后計算公式簡單明了，方便設計人員進行鋼管節(jié)點局部穩(wěn)定計算，使得輸電鋼管塔的結構更加可靠穩(wěn)定，進而保證了輸電鋼管塔在工作狀態(tài)中的可靠性與安全性。

與最接近的現(xiàn)有技術比，本發(fā)明提供的技術方案具有以下優(yōu)異效果：

1、本發(fā)明所提供的技術方案中，通過確定鋼管的橫向力和彎矩；分別計算上連接肋板和下連接肋板的作用力，并選擇上連接肋板和下連接肋板中作用力的值較大的作為連接肋板；避免了結構在安全儲備方面與預期效果存在的偏差，有效的模擬了構件的實際受力情況，使得輸電鋼管塔的結構更加可靠穩(wěn)定。

2、本發(fā)明所提供的技術方案中，通過計算鋼管的局部變形承載力和連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力，比較鋼管的局部變形承載力、連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力，得到鋼管節(jié)點的承載力的值；計算過程簡單明了，方便設計人員進行鋼管節(jié)點局部穩(wěn)定計算，使得輸電鋼管塔的結構更加可靠穩(wěn)定，進而保證了輸電鋼管塔在工作狀態(tài)中的可靠性與安全性。

3、本發(fā)明提供的技術方案，應用廣泛，具有顯著的社會效益和經濟效益。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法的流程圖；

圖2是輸電鋼管塔的肋板與連接節(jié)點兩側的鋼管壁的橫截面的示意圖；

圖3是本發(fā)明將肋板與連接節(jié)點兩側的鋼管壁的橫截面看做T型斷面的等效示意圖；

圖4是輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點的實際受力示意圖；

圖5是本發(fā)明的鋼管節(jié)點受力等效分解示意圖；

圖6是本發(fā)明的確定方法的步驟3的流程圖；

圖7是本發(fā)明的確定方法的步驟4的流程圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1至3所示，本發(fā)明提供一種輸電鋼管塔的鋼管節(jié)點承載力的確定方法，鋼管節(jié)點為鋼管與肋板之間的連接節(jié)點；肋板包括與鋼管同軸且焊接在鋼管壁上的靴型肋板、分別同平面設置在靴型肋板兩端上連接肋板和下連接肋板；肋板與連接節(jié)點兩側的鋼管壁的橫截面為T型斷面；

確定方法包括如下步驟：

步驟1.計算鋼管的橫向力和彎矩；

步驟2.根據鋼管的橫向力和彎矩，分別計算上連接肋板和下連接肋板的作用力，并選擇上連接肋板和下連接肋板中作用力的值較大的作為連接肋板；

步驟3.計算靴型肋板的軸力影響系數(shù)，并根據軸力影響系數(shù)計算鋼管的局部變形承載力；

步驟4.分別計算連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力；

步驟5.比較鋼管的局部變形承載力、連接肋板的抗彎承載力和抗剪承載力；其中的最小值與軸力影響系數(shù)的乘積即為鋼管節(jié)點的承載力的值。

步驟1之前，包括：

測量鋼管的直徑、屈服力、偏心距離、內壁半徑和鋼管壁的厚度；分別測量鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材內力和夾角；測量肋板的厚度、 上連接肋板和上連接肋板之間的高度；測量位于T型斷面上的鋼管壁的弧長；測量靴型肋板的軸力。

如圖4所示，步驟1，包括：

1-1.根據鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材內力和夾角及鋼管的直徑和偏心距離，分別計算鋼管的橫向力和剪力；

1-2.根據鋼管的剪力，計算鋼管的彎矩。

步驟1-1，包括：

a.計算鋼管的橫向力P：

P＝F₁*sinθ₁+F₂*sinθ₂+F₃*sinθ₃；

b.計算鋼管的剪力Q：

Q＝F₁*cosθ₁-F₂*cosθ₂-F₃*cosθ₃；

式中，F(xiàn)₁、F₂、F₃分別為鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材內力，θ₁、θ₂、θ₃分別為鋼管到不同位置的第一桿件、第二桿件和第三桿件之間的斜材夾角。

步驟1-2，包括：

根據鋼管的剪力，計算鋼管的彎矩M：

M＝Q*(D/2-e)*0.1；

式中，Q為鋼管的剪力，D為鋼管的直徑，e為鋼管得偏心距離。

如圖5所示，步驟2，包括：

2-1.根據鋼管的橫向力和彎矩，計算上連接肋板的作用力Pv1：

Pv1＝M/B/0.1+P/2；

2-2.根據鋼管的橫向力P和彎矩M，計算下連接肋板的作用力Pv2：

Pv2＝-M/B/0.1+P/2

其中，P為鋼管的橫向力，M為鋼管的彎矩，B為上連接肋板和上連接肋板之間的高度；

2-3.選擇上連接肋板和下連接肋板中作用力的值較大的作為連接肋板。

如圖6所示，步驟3，包括：

3-1.根據靴型肋板的軸力和鋼管的屈服力，計算靴型肋板的軸力影響系數(shù)β：

β¹＝1-(1.67N/Ny/1.5-0.67)²N/Ny/1.5；

若β¹≤0.4，則β¹的值即為軸力影響系數(shù)β的值；

若β¹＞0.4，則軸力影響系數(shù)β的值為1；

式中，β¹為靴型肋板的軸力影響系數(shù)β的參數(shù)值，N為靴型肋板的軸力，Ny為鋼管的屈服力；

3-2.根據靴型肋板的軸力影響系數(shù)β，計算鋼管的局部變形承載力Py1：

Py1＝21C*(0.1T)²*f*β/D；

式中，C為位于T型斷面上的鋼管壁的弧長，f為鋼管的設計值，T為鋼管壁的厚度，D為鋼管的直徑。

如圖7所示，步驟4，包括：

4-1.計算T型斷面的翼緣寬度；并根據翼緣寬度計算T型斷面的面積比例；

4-2.根據T型斷面的面積比例計算連接肋板的抗彎承載力，并計算連接肋板的抗剪承載力。

步驟4-1，包括：

c.計算T型斷面的翼緣寬度Be：

$\mathrm{Be}=1.52\sqrt{(T*r)};$

d.計算T型斷面的面積比例k：

k＝Be*T/R/tr；

式中，T為鋼管壁的厚度，r為鋼管的內壁半徑，tr為肋板的厚度，R為T型斷面上的肋板的高度。

步驟4-2，包括：

e.根據T型斷面的面積比例計算連接肋板的抗彎承載力：

若T型斷面的面積比例k≤1，則連接肋板的抗彎承載力Py2為：

Py2＝2(0.1R)²*tr*fr(1+2k-k²)/C；

若T型斷面的面積比例k＞1，則連接肋板的抗彎承載力Py2為：

Py2＝4(0.1R)²*tr*fr/C；

f.計算連接肋板的抗剪承載力Py3：

$\mathrm{Py}3=2*0.1R*0.1\mathrm{tr}*\mathrm{fr}/\sqrt{3};$

式中，tr為肋板的厚度，fr為肋板的設計值，k為T型斷面的面積比例，R為T型斷面上的肋板的高度，C為位于T型斷面上的鋼管壁的弧長。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，而這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均在申請待批的本發(fā)明的權利要求保護范圍之內。