特高压钢管塔连接半刚性研究综述

[摘 要]特高压输电线路是在能源分布不均的条件下解决我国各个地区对能源需求的有效手段。钢管塔作为特高压输电线路的主要支撑结构，其力学特性格外重要。钢管塔连接部位是其受力最为敏感的部位，其半刚性对钢管塔整体力学特性影响显著。因此研究钢管塔连接部位的半刚性具有理论指导意义和工程实用价值。

[关键词]特高压；钢管塔；半刚性；

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0083-01

1 引言

与传统的角钢塔相比，钢管塔的优势主要表现在以下几个方面：1）截面特性好，钢管塔构件主要采用钢管，其截面中心对称，截面抗弯刚度大，能充分发挥材料的承载能力，从而节省钢材，减轻塔重，减小基础作用力，提高钢管塔的健壮性；2）构造连接特性显著，钢管塔的连接方式有：法兰连接、相贯焊连接和节点板连接，这些连接方式虽然相对角钢的螺栓连接有些复杂，但减少了偏心对结构力学特性不利影响，同时增强了节点刚度，有助于提高整体结构的刚度和稳定性；3）符合建设资源节约型、环境友好型社会的要求[1]，采用钢管塔可以显著减少基础作用力，减少混凝土量，压缩占地面积，减少线路走廊宽度，最大限度地节约资源，而且钢管塔比角钢塔视觉效果好，有利于改善周围环境。由于上述原因，钢管塔在特高压输电线路中得到了广泛应用。

作为特高压输电线路的主要承载结构，钢管塔力学特性对保证特高压输电线路安全、稳定的运行至关重要。目前，特高压钢管塔一般由螺栓连接而成，其连接部位在工程实际中体现出了不同于铰接又不同于刚接的力学特征，具有典型的半刚性特点。而钢管塔连接部位是其受力最为敏感的部位，其半刚性势必会对钢管塔整体力学特性产生重大影响。因此研究钢管塔连接部位的半刚性具有理论指导意义和工程实用价值。

2 国内外研究现状

1） 国内研究现状

国内目前对输电铁塔连接部位的研究主要集中在连接滑移、连接半刚性、连接偏心。钢管塔是由钢管通过螺栓连接而成的，因此与连接滑移、连接偏心相比，其连接半刚性显得更为重要。钢管塔主管与支管间常见的连接方式主要有以下两种：相贯焊连接与节点板连接。目前国内许多学者对钢管塔相贯焊连接的半刚性进行了大量研究并获得了丰硕的成果，对节点板连接的半刚性研究相对较少，但也取得了一定的进展。

文献[2]采用板壳有限元方法对钢管相贯焊连接进行了分析，明确了各个影响参数与连接部位刚度的函数形式，采用多元回归分析的方法拟合了连接部位刚度的经验公式，并与实验结果进行了对比，证明了所得到的经验公式的实用性。

文献[3，4]在总结了国内外在相贯焊连接半刚性研究现状的基础上，以工程实际中所用的某单层网壳结构为背景，从试验与理论两个方面对钢管连接部位的半刚性进行了研究，分析了其连接部位半刚性的影响因素，回归了其计算公式，研究了钢管连接部位半刚性对结构变形、杆件内力和整体稳定性的影响，结果表明钢管连接部位半刚性对结构力学特性影响显著，在对其进行力学分析时，应考虑连接部位半刚性的影响。

文献[5]采用一种等效单元来模拟管板连接部位的半刚性，真实地反映了管板连接部位在荷载作用下的变形特性。

文献[6]在考虑主支管沿轴向应力影响的前提下，研究了K型管板节点连接部位的半刚性，并回归了其经验公式。

2） 国外研究现状

钢管塔在国外应用较早，技术也比较成熟。国外对钢管塔连接部位半刚性的研究工作开展的也比较早。

最早关于钢管塔连接部位半刚性研究的文献是1961年金谷弘对钢管塔连接部位局部变形的试验研究。

文献[7]对海洋平台上所用的管结构的连接部位的半刚性进行了研究，并分析了连接部位半刚性对整个塔架结构力学性能的影响，结果表明当塔架较高时（大于350英尺），连接部位的半刚性对整个塔架的力学特性的影响很大。

式中，E为所用材料的弹性模量，D为主管的直径，θ为主管与支管的夹角，β为支管和主管的直径比，γ为主管的径厚比，τ为支管的径厚比。

3 总结

随着输电线路电压等级的升高，特高压输电铁塔呈现出大型化、大荷载的发展趋势，与传统角钢塔相比，钢管塔更能适应这种发展趋势。钢管塔连接半刚性对其力学特性影响显著，本文归纳总结了钢管塔连接半刚性的研究现状，主要结论如下：

1）钢管塔连接部位半刚性显著，其影响因素有很多，可以大致分为几何因素和荷载因素，几何因素主要包括主管直径、支管直径、主管壁厚、支管壁厚等；荷载因素主要包括主管轴向应力、支管轴向应力等。

2）钢管塔连接部位是钢管塔的重要组成部分，其半刚性对钢管塔整体的力学特性（主要包括整体变形、极限承载力、结构整体稳定性等）有重大影响。

参考文献

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