3.2.1 安装工况(工况9)
工况9为同档地线、上导线、中导线、右下导线已锚,正锚左下导线,邻档均未架,加载到100%后卸载至零,上塔观察.位移和应力云图如图 10所示.
图9 节点1工况10下的计算结果
Fig.9 Calculated results of joint 1 in condition 10
图 10 节点2工况9下的计算结果
Fig.10 Calculated results of joint 2 in condition 9
图 10(a)表明节点变形在6.23 mm范围内,最大位移出现在5号角钢端部,变形主要发生在主材和1、2号支管上,支管2下端的变形为3.55 mm,主材变形在3.11 mm以内,节点的整体变形不明显; 应力云图 10(b)显示主材应力范围在265~441 MPa以内,大部分支管应力较小在265 MPa以内; 图 10(c)云图表明,环板与主材连接处,角钢与节点板及槽形插板与支管连接处出现应力集中,尤其是支管2与槽形插板连接处和环板与主材连接处应力较大,故应严格控制焊接质量防止焊缝开裂破坏.
3.2.2 大风工况(工况10)
如图 11,工况10下节点位移云图表明,整个节点变形在2.22 mm范围内,最大位移出现在无轴向约束的主材端部,变形主要发生在主材之上,大风工况下节点变形较小; 从整体应力云图可知,主材应力集中于225~360 MPa,支管应力在225 MPa以内; 由局部应力云图可知,槽形插板与支管连接处及环向加劲肋与主材连接处应力较大.
图 11 节点2工况10下的计算结果
Fig.11 Calculated results of joint 2 in condition 10
3.3 空间耦合受力分析
输电塔空间节点处杆件交汇繁多,大风不利荷载条件下导致杆件荷载非线性变化,环板空间节点极易因多向耦合受力产生塑性变形,诱发节点破坏.本节针对横担与塔身连接处的关键节点,基于表1大风设计工况下整塔计算结果,变化空间节点关键构件的荷载施加模式,研究空间节点的受力机理.图 12和图 13分别为空间节点1和2在不同加载模式下的环板与主管交界处的截面应力分布规律.
图 12(a)所有杆件比例加载下,节点最大应力为729.6 MPa(250%比例加载),发生在99°方向; 荷载从100%增加到150%、200%和250%时,最大应力处分别增加了32%、56%和77%.根据整塔计算结果,节点1塔身内侧支管5、8和10承受荷载较大,为受力主控杆件,图 12(b)和图 12(c)为上述关键杆件不同加载比例下的受力分析.图 12(b)塔身内侧支管5、8和10同比例加载模式下,随着荷载的增加,支管5、8和10所在塔身内侧的截面应力逐渐增大,最大应力为709.8MPa,发生在截面170°方向; 荷载从50%增加到100%、150%、200%和250%时,最大应力分别增加了56.3%、94.6%、124.5%和156%.与支管5、8和10所在截面相对的塔身横担侧截面的应力逐渐减小,其相对于塔身内侧截面应力变化较小,其余截面的应力基本不变,图 12(c)支管5、8和10变比例加载模式下,截面应力的变化主要表现在支管5、8和10所在截面方向及其相对的位置,加载杆件间不同位置的界面处应力波动较小.
图 12 节点1空间受力分析
Fig.12 Spatial stress analysis of joint 1
图 13(a)所有杆件比例加载下,在截面90°方向节点出现最大应力637.3 MPa(250%加载比例),相比于同荷载比例下变坡处节点(节点1)计算结果,横担节点(节点2)设计安全冗余度较高; 荷载从100%增加到150%、200%和250%时,最大应力分别增加了50%、90.2%和119%.根据整塔计算结果,节点2塔身内侧支管1、2和3为受力主控杆件,图 13(b)和图 13(c)为上述关键杆件不同加载比例下的受力分析.图 13(b)在塔身内侧支管1、2和3同比例加载模式下,随着荷载的增加,支管1、2和3所在塔身内侧的截面应力逐渐增大,最大应力为482 MPa,发生在90°方向; 荷载从50%增加到100%、150%和200%时,最大应力处分别增加了56%、112.5%和158%.与支管1、2和3所在截面相对的塔身横担侧截面的应力逐渐减小,相对于塔身内侧应力变化较小.图 13(c)在支管1、2和3变比例加载模式下,截面应力的变化主要沿支管1、2和3方向及其相对的位置; 与杆件1~3位置相对垂直的杆件与环板截面交界处,空间耦合受力下应力水平变动较小.
图 13 节点2空间受力分析
Fig.13 Spatial stress analysis of joint 2
通过上述不同加载模式下节点关键截面应力分布规律,节点多向加载模式下,环板与主管交界处的应力主要沿支管轴线方向与节点板相交位置处分布,应力水平与支管所承受的荷载正相关; 当空间耦合加载时交界处应力在不同支管间的增长变化较小,受多向空间耦合作用较小.主管塔身侧的应力变化较横担侧显著,节点的塑性区主要集中于塔身内侧,建议在主管塔身内侧增设竖向加劲板进行节点的优化补强.