一种钢管塔塔脚法兰节点上径向与环向加劲肋组合设计方法

摘要

本发明涉及一种输电线路钢管塔或者钢管杆的法兰连接构造设计方法，特别是一种钢管塔塔脚法兰节点上径向与环向加劲肋组合设计方法，在原有的法兰节点上增加环向加劲肋，并与原有的径向加劲肋进行组合设计，根据法兰底板上由径向和环形加劲肋所含围的实际的扇形形状为计算单元，以法兰底板所承载力的极限值和设计值比值为基准，以有限元分析为计算基础，调整法兰节点上各个参数的设置，最后获得新的法兰节点构造，整个计算大大接近了实际值，最大程度上减小了法兰底板的应力集中程度，提高均匀受力程度，大大提高了法兰节点的极限承载力，有效发挥了钢材在各个区域的强度。

主权项

钢管塔塔脚法兰节点上径向与环向加劲肋组合设计方法，其特征在于，包括如下步骤：法兰节点包括法兰底板和径向加劲肋，法兰底板为与钢管焊接的圆环形钢板，径向加劲肋的板面垂直于钢管外周面，径向加劲肋竖向与钢管壁采用焊缝连接、底部与所述的法兰底板焊缝连接；增加环向加劲肋，沿着环向、垂直于法兰底板，并连接在每相邻两径向加劲肋之间，相邻两径向加劲肋之间的法兰底盘部分为一个计算间隔，每个计算间隔中设置有螺栓孔；根据钢管受力计算所需的螺栓个数n：其中N：法兰底板所受的轴心作用力；n：法兰底盘上螺栓数目；单颗螺栓承载力设计值；受力最大的一颗螺栓的拉力；确定螺栓个数n后可以初步确定L_y1、L_y2、L_y3、L_x1、L_x2，环向加劲肋将计算间隔分为靠钢管的内侧间隔和靠外并设置有螺栓孔的外侧间隔，内、外侧间隔均为扇面形状，内侧间隔接近方形，以垂直于钢管外周面的方向为扇面形状的高度，由此，L_y3为内侧间隔的高度，L_x2为内侧间隔的平均宽度，L_x1为外侧间隔的平均宽度，外侧间隔以经过螺栓孔的中心点并平行环形加劲肋的线为界，靠近环形加劲肋一侧的部分高度为L_y1，另一侧的高度为L_y2；设置内侧间隔上均布荷载为q₁，外侧间隔上均布荷载为q₂；计算分别法兰底板上内侧间隔和外侧间隔的面积比例系数α₁、α₂：其中L_y＝min(1.8L_y1,2.2L_y2)外侧间隔的法兰底板弯矩起控制作用，因此计算法兰底板的最大弯矩M_max：β—弯矩系数；计算法兰底板厚度：f表示法兰底板钢材强度设计值；计算径向加劲肋承受弯矩M₁：其中L＝L_y1+L_y2+L_y3；计算径向加劲肋厚度t₁：h₁为径向加劲肋的高度；σ—径向加劲肋的正应力；环向加劲肋厚度t₂初始设定为比径向加劲肋厚度t₁小2‑4mm；建立有限元模型，有限元模型采用四边形板单元，四边形板单元网格尺寸大小按照10mm～20mm划分；在钢管顶部施加荷载，模拟法兰节点收到的实际荷载，计算荷载作用下法兰节点各部位的应力分布情况；逐级加大荷载，进行弹塑性分析，计算法兰底板、径向加劲肋、环向加劲肋的应力值，获得应力集中位置，应力集中位置最先达到钢材强度设计值时所施加荷载为该法兰节点承载力设计值，应力应变曲线出现拐点或变形超出10mm时所施加荷载为该法兰节点承载力极限值；以满足法兰节点承载力极限值与承载力设计值的比值不小于1.5为条件，调整法兰底板厚度、径向加劲肋与环向加劲肋的厚度与高度L_y1、L_y2、L_y3的数值，最后获得调整后的法兰底板、径向加劲肋和环向加劲肋的设计尺寸。