q460高强钢双杆钢管杆真型试验分析

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1、Q460高强钢双杆钢管杆真型试验分析1.中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司广东省广州市510663；2.广东天联电力设计有限公司广东广州510663)摘要：对Q460高强钢双杆钢管杆进行真型试验，旨在验证设计的合理及安全可靠，并为多杆钢管杆的设计给出建议。首先对国内外的研宄现状进行了介绍，其次给出了木试验塔的法兰螺栓和宽厚比所采用的计算公式，然后介绍了试验的工况、位移和应变测点的布置等。试验结果表明：位移满足规范规定的变形要求，应变满足构件承载力要求，说明试验杆的强度和刚度均满足设计要求

2、,并有一定的安全储备；同时节点构造和法兰连接也都安全可靠。最后，建议对方形法兰进行节点试验和有限元分析，同时注意杆顶挠度要求。关键词：Q460高强钢；双杆钢管杆；真型试验；法兰；宽厚比1引言近年来我国电力事业高速发展，电网不断升级，输电线路向高电压、大容量、多回路发展，致使输电塔型越来越大，承受荷载也越来越大，对输电塔的结构设计、钢材选用提出了更高要求[1]。对于城市电网建设，杆型主要以单杆钢管杆为主，多用于220kV及其以下工程中，钢材材质以Q345为主，个别工程应用了Q420[2],对于Q46

3、0高强钢双杆钢管杆，尚未见到研究应用报道。GSZ451钢管杆是虎门滨海大道线路迁改工程中规划的一个直线杆，采用双杆椭圆型截面布置；杆身主材釆用Q460高强钢，横担和法兰采用Q345钢材；主杆法兰为椭圆型，双杆之间的连接横梁法兰为方形。为了检验Q460高强钢钢管杆在各种主要荷载工况下受力杆件理论计算值和实际受力值的符合性，验证塔型设计方案的合理性以及塔型结构、节点构造和连接法兰的安全可靠性，2011年7月28—29日，在中国电力科学研究院良乡试验基地，对GSZ451钢管杆行了真型试验。木次试验的另外

4、一个重点是椭圆型截面的长直边宽厚比、椭圆型法兰及方形法兰的受力与变形，验证其理论计算与构造是否能满足要求。国内外对于法兰连接的研宄和应用较多，但大多局限于圆形法兰连接［3】，对于方形法兰及椭圆型法兰的研究文献较少。Willibald等［4-5］对方形柔性法兰在轴力作用下受力性能进行了试验研究，提出了减少撬力的措施。王元清［6-7］等通过试验与有限元分析，对方形法兰的受力进行了研究，但并未涉及螺栓的受力分析。国内现行的技术规定［8-9］中还没有这对椭圆型法兰或方形法兰的设计公式，设计人员一般都参考圆

5、形法兰的设计方法进行设计。Q460高强钢椭圆型截面的长直边限值问题，国内外规范［10-11］均没奋明确规定。只能参考其中对于箱形截面或矩形截面的设计公式。本文对GSZ451钢管双杆的设计与试验过程进行了介绍，对试验结果与计算值进行对比分析，为大荷载、多冋路条件下的钢管多杆设计给出建议。2设计概况2.1设计依据和设计条件GSZ451试验杆主要执行文献［8-10］进行设计，并参考了类似工程的设计、施工和运行经验。该杆设计风速为36m/s(10m高)，无冰。导线为“4×儿R×/E

6、ST-500/50型特强钢芯软铝绞线”；地线为“1根LBGJ-120铝包钢绞线,1根OPGW光缆”;水平档距210m(对应3度转角)，垂直档距400m,代表档距150m;设计呼高45m，全高72.6m;Q460高强钢采用C级；计算软件为北京道亨公司的“NSA钢管杆设计系统”和自编的一些截面特性计算程序、椭圆形法兰和方形法兰计算程序等。2.2设计要点2.2.1设计参数本试验杆所用的高强钢材和螺栓的强度设计值见下表1所示。表1钢材和螺栓的强度设计值材料厚度或直径(mm)抗拉(MPa)抗压/抗弯(MPa

7、)抗剪(MPa)孔壁承压(MPa)Q460C钢≤16415415240590>16~353953952305658.8级粗制螺栓---400---3008002.2.2设计要点(1)重要性系数取1.1。(2)法兰螺栓计算。本试验塔的法兰螺栓按参考文献［8-9］中的公式(如下)进行计算，苏中旋转轴取管中心。式中：N—受力最大的一个螺栓的拉力；M—法兰所受的弯矩；yl—螺栓群中和轴至最人拉力螺栓的距离；yi—每列第i个螺栓至螺栓群中和轴的距离。(3)长直边宽厚比限值。文献［10］中对于箱形

8、截面宽厚比的限值为：文献［11］对矩形截面宽厚比的限值为：本试验塔的最大宽厚比为24.9,其中杆底为22.5,均小于上述限值。3试验概况3.1试验工况试验于2011.07.28〜29在中国电科院良乡试验基地进行。GSZ451-45试验杆设计工况共67个，选取了其中8个控制工况进行试验［12】，如下表2所示。其中工况①〜⑦的加荷级别为：0-50%-80%-90%-95%-100%-50%-0;工况⑧的加荷级别为：0-50%-80o/o-90%-95%-100%-105%-110%-1