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750kV格構(gòu)式變電構(gòu)架K形節(jié)點有限元分析

發(fā)布于:2025-06-22 19:43
有限元分析

      在750kV格構(gòu)式變電構(gòu)架的設計工作中,連接節(jié)點的設計是其重要的環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)能否正常受力,節(jié)點形式及其強度、剛度起到關(guān)鍵作用,節(jié)點的破壞會引起與之相連的若干桿件的破壞,因此節(jié)點設計的好壞是750kV格構(gòu)式變電構(gòu)架設計成敗的關(guān)鍵。
      國內(nèi)外許多學者通過理論分析或試驗研究對構(gòu)架節(jié)點的受力性能進行了探討。Whitmore R E首先提出有效寬度法計算節(jié)點板承載力,Thornton W A在有效寬度法的基礎(chǔ)上提出了柱模型,用于計算節(jié)點失穩(wěn)承載力,Cheng J J R等對框架支撐節(jié)點進行了試驗研究和有限元分析,根據(jù)應力重分布理論對Thornton提出的方法進行了修正。李正良等針對輸電塔構(gòu)架的節(jié)點板及插板等部位的承載力開展了一定的研究;楊國賢等通過等效單環(huán)法提出了拉力作用下T形節(jié)點的承載力公式;陳繼祖等在分析各國規(guī)范極限承載力公式及影響節(jié)點強度的主要因素的基礎(chǔ)上,提出了建議的焊接管設計承載力公式;陳以一等對K形節(jié)點建立了基于塑性理論的三重屈服線極限分析模型;舒興平等對6個K形、KK形、KKT形節(jié)點進行了足尺試驗研究。
      本次分析以某750kV變電站實際工程為依托,針對其格構(gòu)柱上的K形節(jié)點采用有限元分析與足尺試驗相結(jié)合的方法來研究節(jié)點的受力性能,并通過有限元分析得到了該節(jié)點的極限承載力,為該節(jié)點的優(yōu)化設計提供了一定的參考依據(jù)。
      取荷載較大的750kV格構(gòu)式變電構(gòu)架K形節(jié)點為試驗試件,其截面規(guī)格、連接方式、夾角、節(jié)點板厚度等控制參數(shù)均取自實際工程。采用1:1足尺模型。在主桿上焊接節(jié)點板,腹桿上焊接插板,主、腹桿間通過6.8級普通螺栓連接,連接形式為T形。試件的主、腹桿鋼材選用Q345B,節(jié)點板鋼材選用Q235B。主桿長2600mm,腹桿長500mm。主桿截面尺寸為φ299×10,斜腹桿截面尺寸為φ133×5,節(jié)點板厚度為10mm,加勁板厚度均為6mm。
      材性試驗在建筑材料實驗室液壓萬能試驗機上進行,用引伸計測量試件的變形。材性試件加工圖見圖,材性試驗裝置如圖所示,材性試驗結(jié)果見表。
      現(xiàn)場試驗加載裝置見圖。試件為平面受力結(jié)構(gòu),將節(jié)點置于封閉的門架加載系統(tǒng)內(nèi),門架頂部通過型鋼梁剛性連接形成一榀封閉自平衡系統(tǒng),在主桿兩側(cè)設鋼板與門架連接,實現(xiàn)剛性約束,以固定試件,在斜腹桿受壓端設置帶角度的十字加載頭,固定于門架側(cè)面,用千斤頂反向加載給桿件施加壓力,在斜腹桿受拉端設置連接板,通過4個M30拉桿與遠端帶角度的十字加載頭連接,用千斤頂沿門架外側(cè)反向加載給桿件施加拉力。
      根據(jù)節(jié)點實際受力情況,在主桿兩端施加固定約束,限制其水平和豎向位移,對各腹桿同時施加拉、壓荷載,以設計荷載的1.5倍作為本次試驗所施加的極限荷載。各節(jié)點實際荷載值見表。
      本次試驗采用分級加載制度,加載方案分預加載和正式加載兩部分。正式加載采用分級加載,對于設計荷載階段,每級荷載取設計荷載的10%進行加載;對于超加載階段,每級荷載取設計荷載的5%進行加載,超過試件設計荷載的1.5倍時結(jié)束加載。每級荷載之間停留的時間為2min。
      本次試驗布置了6個位移計,分別測量連接板面外變形、主桿豎向相對位移及跨中位移、主桿連接板水平滑移值及受拉端連接板實際拉伸量。在拉壓桿沿管周方向上,間隔180°布置一個單向應變片以確定試驗過程中桿件的實際受力情況。為研究連接板的實際受力,在此區(qū)域布置了5組應變花,以監(jiān)測沿桿件力線方向及連接板邊緣部分的應力分布,以直觀了解該區(qū)域的應力分布。



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