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随着城市化进程的加快,土地资源越加紧张,经济发达地区的线路走廊越来越狭小,输电线路建设迫切需要开发根开小且适用于多回路的新型杆塔结构。因此,本文主要研究开发一种新型窄基四柱钢管输电塔,该杆塔结构的根开非常小,四个主管竖直无变坡、仅有水平材而无任何斜材,竖向主管与水平材连接采用新型平行插板节点。为了满足输电线路工程建设需要,本文针对新型Q460高强钢管窄基四柱输电塔,开展杆塔结构选型、结构优化分析、节点形式及其承载力设计理论等关键问题的研究,同时对平行插板节点开展试验研究、有限元模拟以及理论分析,最后进行了新型Q460高强钢管窄基四柱输电塔的真型试验。本文主要研究内容包括: (1)220/110kV混压四回路转角塔的结构优化 采用SAP2000有限元分析软件,进行220/110kV混压四回路1~4型转角塔的单管塔以及四钢管塔的结构特性研究,并以根开和节间为参数,探讨四柱钢管塔的塔重、顶点位移以及自振周期的变化规律。研究表明单管塔比四管塔略轻,但单管塔杆件规格过大,加工较困难,有时可行性较差;新型四柱窄基钢管塔塔重随根开的减小而降低,顶点位移以及自振周期都随着根开的减小而增大;节间变化对四柱钢管塔塔重以及自振周期的影响并不明显,但顶点位移随着节间增大而增大,根据以上分析确定四柱钢管塔的合理根开、节间的选取方法。 (2)主管-横隔连接的平行插板钢管节点的承载力试验研究 主管-横隔连接采用新型平行插板钢管节点,该节点采用两块平行节点板和双插板连接主管与横隔。为了研究新型平行插板钢管节点的力学特性,本文设计了6个新型主管-横隔平行插板钢管节点,包括5个不同加劲肋形式的平面节点和1个空间节点;并开展了钢管节点承载力特性的足尺试验研究。通过试验得到新型平行插板节点的承载力-变形特性、应变分布及发展规律以及破坏模式。试验研究发现主管-横隔连接的平行插板钢管节点的承载力随着加劲肋加强而增大;加劲肋的开断对节点受力不利,设置两道开断加劲肋对节点承载力有一定的提高;空间节点相对于平面节点承载力偏低。 (3)主管-横隔连接的平行插板钢管节点的有限元模拟及承载力计算理论研究 采用ANSYS有限元分析软件,对平行插板钢管节点的承载力-变形特性、应力发展及分布、变形特点以及破坏模式进行模拟分析,深入研究节点的承载力特性、破坏模式及其影响要素,重点考察平行插板间距、加劲肋厚度、加劲肋自由外伸宽度以及主管截面压应力比对节点承载力的影响规律。分析结果表明,无加劲肋钢管节点的承载力随着插板间距增大而提高,但随着主管截面压应力比的增大而降低;平行插板间距、加劲肋厚度、加劲肋自由外伸宽度对90°加劲肋钢管节点承载力的影响不显著;360°加劲肋钢管节点承载力随着主管截面压应力比增大而降低,其余3个参数的增大则会明显提高节点承载力。最后,根据试验研究以及有限元分析结果,提出新型平行插板钢管节点的承载力计算理论。 (4) Q460高强钢管窄基四柱输电塔的真型塔试验研究 进行二型转角塔的真型试验,试验工况包括大风、锚线、断线等15个工况,真型塔试验验证新型杆塔结构具有良好的结构性能;同时,通过真型试验研究试验塔的承载力-变形特性、应变发展特性。试验结果表明试验塔的位移测试结果满足变形要求,应变测试结果说明构件均满足承载力要求,试验验证试验塔的强度和刚度均符合设计要求,且有一定的安全储备;Q460高强钢管、新型平行插板节点形式以及高颈锻造法兰连接是安全可靠的,可以应用于四柱窄基钢管塔。 最后,对本文的研究工作进行归纳和总结,并提出了今后有待进一步解决的研究课题。