本發(fā)明涉及一種輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體講涉及一種輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

在輸電鐵塔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，尤其是設(shè)計(jì)電壓等級(jí)較高或者同塔多回路的大荷載桿塔結(jié)構(gòu)，主材的內(nèi)力可能會(huì)超出現(xiàn)有最大規(guī)格單根角鋼主材的承載能力。因?yàn)檩旊婅F塔的受力特點(diǎn)，主材的上部受力較小，下部受力較大，設(shè)計(jì)中可能出現(xiàn)下面的結(jié)構(gòu)，上部受力較小的主材是單根角鋼，和下部受力較大的主材所需要的角鋼規(guī)格超過(guò)了現(xiàn)有單根角鋼的最大規(guī)格，因此不得不采用雙拼組合角鋼。上部的單根角鋼和下部的雙拼組合角鋼在過(guò)渡部位的連接節(jié)點(diǎn)需要特殊設(shè)計(jì)。但目前有關(guān)輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，尚沒有專門針對(duì)該類節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)一的規(guī)范的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。各個(gè)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)出的節(jié)點(diǎn)布置形式、尺寸差別較大。

這種情況下，不得不用兩根角鋼組合拼接在一起，用對(duì)角十字拼接或“T”形拼接，以滿足結(jié)構(gòu)承載力的要求。因?yàn)檩旊婅F塔的受力特點(diǎn)，主材的上部受力較小，下部受力較大，此時(shí)下面的結(jié)構(gòu)中，受力較大的下部主材需要用雙拼組合角鋼，而受力較小的上部主材是單根角鋼。上部單根角鋼和下部雙拼組合角鋼在過(guò)渡部位的連接節(jié)點(diǎn)需要特殊設(shè)計(jì)。

單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)，其本身因?yàn)樯舷轮鞑牡慕孛娌煌卿撔托牟灰?guī)則，連接螺栓單剪，造成靴板偏心受力；上下靴板有垂直支撐的部分，也有相互平行的部分，靴板傳給過(guò)渡板的荷載分布不明確；同時(shí)節(jié)點(diǎn)滿足相關(guān)的構(gòu)造要求。因此，該類節(jié)點(diǎn)，傳力復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)受力狀態(tài)不明確，設(shè)計(jì)計(jì)算缺乏理論依據(jù)。目前有關(guān)該類節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)計(jì)算，尚沒有統(tǒng)一規(guī)范的設(shè)計(jì)計(jì)算方法。各個(gè)設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)，都是根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)和理解進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此設(shè)計(jì)的過(guò)渡節(jié)點(diǎn)位置、形式、尺寸、材料均會(huì)不同，尤其是過(guò)渡板厚，差別很大。這種情況導(dǎo)致過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作，過(guò)于依賴個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)和主觀理解，缺乏延續(xù)性和規(guī)范性，從而導(dǎo)致工作效率低，存在安全隱患，設(shè)計(jì)水平參差不齊，設(shè)計(jì)人員為了安全考慮，進(jìn)而使節(jié)點(diǎn)過(guò)于冗 余、保守和復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。本方法綜合考慮角鋼主材的規(guī)格、上下兩側(cè)靴板的厚度、水平板的厚度和寬度等因素的影響，根據(jù)研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)歸納不同規(guī)格的角鋼對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，給出規(guī)范、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題主要通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決：

一種輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述節(jié)點(diǎn)包括：?jiǎn)谓卿撘粋?cè)的十字交叉靴板、雙角鋼一側(cè)的十字靴板、過(guò)渡板、單角鋼主材、雙角鋼和加勁板；設(shè)計(jì)步驟為：

I、計(jì)算靴板高度；

II、計(jì)算靴板厚度；

III、計(jì)算靴板寬度；

IV、計(jì)算過(guò)渡板寬度；

V、計(jì)算過(guò)渡板厚度。

進(jìn)一步的，其特征在于，所述單角鋼一側(cè)的十字交叉靴板和雙角鋼一側(cè)的十字靴板分別垂直焊接到所述過(guò)渡板的上下兩側(cè)；所述單角鋼主材用螺栓與靴板連接，所述雙角鋼用螺栓與靴板連接；所述靴板和過(guò)渡板間焊接所述加勁板以防止靴板局部屈曲和應(yīng)力集中。

進(jìn)一步的，所述步驟I中靴板高度的計(jì)算方法包括：

根據(jù)角鋼主材的內(nèi)力計(jì)算螺栓的規(guī)格和數(shù)量，軸心受拉作用時(shí)，按照公式(1)計(jì)算；受拉、彎共同作用或壓、彎共同作用時(shí)，按照公式(2)計(jì)算，

(1)式中：——受力最大的一個(gè)螺栓的拉力，N；

N——法蘭所受的拉力，N；

n——法蘭盤上螺栓數(shù)目；

(2)式中：M——法蘭所受的彎矩，N·mm；

N——法蘭所受的軸心作用力，N，壓力時(shí)取用負(fù)值；

Y_i——螺栓中心到旋轉(zhuǎn)軸的距離，mm；

確定螺栓的規(guī)格和數(shù)量后，由螺栓間距、端距、焊縫尺寸確定靴板的高度，按式(3)計(jì)算靴板高度，

h＝s+2e+f (3)

(3)式中h為靴板高度，s為螺栓在靴板高度方向的最大間距，e為螺栓端距，f為焊縫預(yù)留空間。

進(jìn)一步的，所述步驟II中靴板厚度不小于14mm。

進(jìn)一步的，所述步驟III中計(jì)算靴板寬度的方法為：

按公式(4)計(jì)算節(jié)點(diǎn)板材料達(dá)到屈服或破壞作為節(jié)點(diǎn)板的極限拉壓承載力，

(4)式中：b_e為板件的有效寬度，t為板件厚度，N為承載力，f為材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度；

令靴板的承載力與其連接的角鋼厚度承載力相同，確定靴板厚度，根據(jù)公式(4)計(jì)算出靴板所需的最小寬度；校核由強(qiáng)度計(jì)算得到的最小寬度是否滿足構(gòu)造要求的寬度，取所述最小寬度與構(gòu)造要求的寬度二者的最大值；

用單角鋼靴板和雙角鋼靴板寬度的最大值作為靴板寬度，并優(yōu)化靴板厚度。

進(jìn)一步的，所述步驟IV中過(guò)渡板的寬度與靴板寬度相同。

進(jìn)一步的，所述步驟V中過(guò)渡板厚度的計(jì)算包括：按照塔腳板或加勁法蘭計(jì)算初始值，計(jì)算節(jié)點(diǎn)的極限承載力，將得到不小于節(jié)點(diǎn)連接的主材的設(shè)計(jì)荷載作為節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)荷載。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明綜合考慮角鋼主材的規(guī)格、上下兩側(cè)靴板的厚度、水平板的厚度和寬度等因素的影響，通過(guò)構(gòu)建數(shù)值仿真模型和實(shí)體試驗(yàn)，研究不同設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)節(jié)點(diǎn)受力的影響，根據(jù)研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)歸納不同規(guī)格的角鋼對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，給出規(guī)范、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 與設(shè)計(jì)現(xiàn)狀相比，該方法具有更好的規(guī)范性和工程適用性。

附圖說(shuō)明

圖1為角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)示意圖，通常情況下，單角鋼在上，雙角鋼在下；

圖2為圖1中1-1剖視圖；

圖3為圖1中2-2剖視圖；

圖4為螺栓間距、端距取值表格；

圖5為單角鋼靴板高度計(jì)算參數(shù)示意圖，雙角鋼靴板同理；

圖6為單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化流程示意圖；

其中：1-單角鋼一側(cè)的十字交叉靴板，2-雙角鋼一側(cè)的十字靴板，3-過(guò)渡板，4-單角鋼主材，5-雙角鋼，6-加勁板，7-螺栓，8-斜材。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)具體實(shí)施方式對(duì)發(fā)明提供的技術(shù)方案做詳細(xì)說(shuō)明。

本發(fā)明提供了一種用于輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)方法。本方法綜合考慮角鋼主材的規(guī)格、上下兩側(cè)靴板的厚度、水平板的厚度和寬度等因素的影響，根據(jù)研究和試驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)歸納不同規(guī)格的角鋼對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，給出規(guī)范、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，為輸電線路角鋼塔單雙角鋼過(guò)渡節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本發(fā)明的特征在于，包括以下步驟：

1.結(jié)構(gòu)形式

本方法給出該類節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)形式，如附圖1所示，單角鋼一側(cè)的十字交叉靴板1和雙角鋼一側(cè)的十字靴板2垂直(或有一定角度)焊接到過(guò)渡板3的上下兩側(cè)。單角鋼主材4通過(guò)螺栓連接到靴板1，雙角鋼5通過(guò)螺栓連接到靴板2。靴板和過(guò)渡板的邊緣，焊接加勁板6進(jìn)行加強(qiáng)，防止靴板局部屈曲和應(yīng)力集中。

2.靴板高度計(jì)算

根據(jù)角鋼主材的內(nèi)力計(jì)算螺栓的規(guī)格數(shù)量，軸心受拉作用時(shí)，按照公式(1)計(jì)算，受拉(壓)、彎共同作用時(shí)，按照公式(2)計(jì)算。

式中：——受力最大的一個(gè)螺栓的拉力，N；

N——法蘭所受的拉力，N；

n——法蘭盤上螺栓數(shù)目；

式中：M——法蘭所受的彎矩，N·mm；

N——法蘭所受的軸心作用力，N，壓力時(shí)取用負(fù)值；

Y_i——螺栓中心到旋轉(zhuǎn)軸的距離，mm；

確定螺栓的規(guī)格和數(shù)量后，根據(jù)《輸電線路鐵塔制圖和構(gòu)造規(guī)定》，由螺栓間距、端距、焊縫尺寸等確定靴板的高度，見圖4所示。計(jì)算公式見公式3，示意圖見圖5。

h＝s+2e+f (3)

h為靴板高度，s為螺栓在靴板高度方向的最大間距，e為螺栓端距，f為焊縫預(yù)留空間。

單角鋼靴板和雙角鋼靴板同理。

3.靴板厚度

通過(guò)主材內(nèi)力，計(jì)算螺栓的規(guī)格和數(shù)量，確定螺栓的排列方式。因此，根據(jù)構(gòu)造規(guī)定，由螺栓間距、端距即可確定靴板的高度。單角鋼一側(cè)和雙角鋼一側(cè)同理。靴板的寬度和厚度通過(guò)與其相連的角鋼等強(qiáng)度設(shè)計(jì)確定，靴板通常要連接斜材，根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，單雙過(guò)渡位置所連接斜材大多為L(zhǎng)140×10或L140×12，因此根據(jù)構(gòu)造規(guī)定，靴板厚度不小于14mm。

4.靴板寬度

確定了靴板厚度，即可通過(guò)等強(qiáng)度計(jì)算靴板寬度。該方法主要考慮節(jié)點(diǎn)板材料達(dá)到屈服或破壞作為節(jié)點(diǎn)板的極限拉壓承載力狀態(tài)。其承載力計(jì)算公式見公式(4)。

式中：b_e為板件的有效寬度；t為板件厚度，N為承載力，f為材料的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

根據(jù)上述公式，可以計(jì)算出水平板的最大有效寬度。按照等強(qiáng)度設(shè)計(jì)原則，令靴板的承載力與其連接的角鋼厚度承載力相同，確定了靴板厚度以后，即可根據(jù)公式(4)計(jì)算出靴板所需的最小寬度，同時(shí)校核由強(qiáng)度計(jì)算得到的最小寬度是否滿足構(gòu)造要求的寬度，二者取最大值。

最終的靴板寬度取單角鋼靴板滿足構(gòu)造和強(qiáng)度的最小寬度和雙角鋼靴板的最小寬度的最大值。利用該方法，在滿足構(gòu)造和強(qiáng)度要求的前提下，可以調(diào)整靴板厚度進(jìn)行優(yōu)化。

5.過(guò)渡板寬度和厚度

過(guò)渡板的寬度與靴板寬度相同。過(guò)渡板厚，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)先行給定一個(gè)初始值，該初始值可按照塔腳板或加勁法蘭的計(jì)算方法確定，然后通過(guò)計(jì)算或測(cè)量節(jié)點(diǎn)的極限承載力，除安全裕度(1.5)得到節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)荷載，該設(shè)計(jì)荷載不小于節(jié)點(diǎn)連接的主材的設(shè)計(jì)荷載，既滿足要求。設(shè)計(jì)工作流程簡(jiǎn)圖6所示。

同時(shí)水平板厚度大于上下兩側(cè)靴板厚度的最大值，通過(guò)驗(yàn)算確定過(guò)渡板的最終厚度。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本申請(qǐng)的技術(shù)方案而非對(duì)其保護(hù)范圍的限制，盡管參照上述實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀本申請(qǐng)后依然可對(duì)申請(qǐng)的具體實(shí)施方式進(jìn)行種種變更、修改或者等同替換，但這些變更、修改或者等同替換，均在申請(qǐng)?zhí)嘏臋?quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。