输电铁塔连接节点螺栓群力分配与螺栓布置形式和预拉力的关系研究

作     者：杨昌 

作者单位：南昌大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄模佳

授予年度：2017年

学科分类：080802[工学-电力系统及其自动化] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主      题：输电铁塔 抗剪螺栓连接 螺栓布置形式 螺栓预拉力 法兰连接 

摘      要：输电铁塔属于空间桁架结构,节点众多,抗剪螺栓连接在输电铁塔的节点连接中应用非常普遍。当抗剪螺栓连接处于弹性阶段时,螺栓群中各个螺栓的受力不均匀,因此,研究抗剪螺栓连接节点在工作状态时各螺栓受力的分配情况,对于设计出传力明确、构造简单、安全可靠的螺栓连接节点,具有重要意义。基于弹性力学理论和材料力学理论,分别推导出了连接板仅有轴向变形、仅有局部变形、同时具有轴向变形和局部变形时各螺栓的受力计算表达式;采用有限元法对抗剪螺栓连接体系进行模拟,得到了螺栓群传力比与螺栓布置形式之间的关系,螺栓孔局部变形的影响系数与螺栓布置形式之间的关系。研究表明:(1)在连接件中,如果连接板的变形主要为板轴向变形,则连接力主要由前、后两排螺栓传递,中间的螺栓传递的力很小;(2)如果连接板变形主要为螺栓孔处的局部变形,则连接力主要由全部连接螺栓平均传递;(3)连接螺栓群的实际受力分配一般介于上述两种情况之间,且连接件中各螺栓的受力分配与螺栓布置形式有关。对于输电钢管塔,主材与主材之间的连接一般为法兰连接。在轴拉或者弯矩作用下,法兰盘之间容易脱离,螺栓容易松动。给螺栓施加一定的预拉力,可以使法兰盘之间贴合紧密,在保证连接节点整体性的同时,有效降低螺栓松动的可能性。考虑螺栓预拉力的影响,基于材料力学理论,推导出了法兰连接在抗拉时螺栓的受力计算表达式,并且得到了螺栓的拉力随外力的变化规律;考虑到当法兰盘之间贴合紧密时,中和轴的位置在法兰盘横截面的中央,基于材料力学理论,推导出了法兰连接在抗弯时螺栓的受力计算表达式。