一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，包括：分解螺栓连接滑移过程得到不同的滑移类型；采用不同的曲线方程进行描述所述不同的滑移类型；根据所述不同的曲线方程得到螺栓连接的变形量与载荷之间关系的曲线方程。本发明专利技术技术方案针对现有技术之弊端，以准确描述螺栓连接节点的载荷-变形过程，为输电铁塔的精细分析提供便利。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及输电铁塔结构计算理论领域，更具体涉及一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法。
技术介绍
电力是推动经济社会发展的关键因素之一，输电铁塔的可靠性关系着整个电网的安全运行。为了方便施工，大部分输电铁塔在构造时使用普通螺栓作为抗剪连接件。由于普通螺栓与螺栓孔之间存在构造间隙，且预紧力较小，因此在螺栓连接部位极易发生连接件与被连接件之间的相对滑动，从而影响构件的内力分布和铁塔的整体刚度特征。在以往对螺栓连接滑移的研究中，通常会给出螺栓连接极限载荷的计算公式，探究连接点的破坏形式，却没有考虑螺栓连接滑移，这样不能准确计算输电铁塔的载荷-变形过程，严重影响计算结果的正确性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，准确描述螺栓连接节点的载荷-变形过程，为输电铁塔的精细分析提供便利。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，包括：分解螺栓连接滑移过程得到不同的滑移类型；采用不同的曲线方程进行描述所述不同的滑移类型；根据所述不同搞得曲线方程得到螺栓连接的变形量与载荷之间关系的曲线方程。所述滑移类型包括间隙滑移和变形滑移。在变形滑移过程中的变形滑移量Δ1和间隙滑移过程中的间隙滑移量Δ2分别采用不同的曲线方程进行描述；将所述变形滑移量Δ1与所述间隙滑移量Δ2相加，得到描述螺栓连接的变形量Δ与载荷之间关系的曲线方程Δ＝Δ1+Δ2。所述变形滑移过程中的变形滑移量Δ1由如下的曲线方程进行描述：式中，P为载荷，Py为屈服载荷，δy为与屈服载荷相对应的连接变形，α和N为曲线的形状参数。所述间隙滑移过程中的间隙滑移量Δ2由如下的曲线方程进行描述：式中，PS为滑移载荷，δ0为间隙滑移量，m和n为曲线的形状参数。所述间隙滑移包括通过输电铁塔中螺栓与螺栓孔间的构造间隙决定的变形。所述变形滑移包括输电铁塔中螺栓孔孔壁以及螺栓杆的变形。和最接近的现有技术比，本专利技术提供技术方案具有以下优异效果1、本专利技术技术方案将螺栓滑移分为间隙滑移和变形滑移两部分，可以方便地考虑螺栓连接的刚度问题；2、本专利技术技术方案对非静定结构的输电铁塔的精细分析更加有利；3、本专利技术技术方案同传统方法相比，得到载荷-变形曲线与试验结果吻合得很好；4、本专利技术技术方案能够较好地描述螺栓连接的滑移过程；5、本专利技术技术方案模型采用的表达式统一，曲线光滑并且导数也连续，能够方便地应用到有限元分析程序中。附图说明图1为本专利技术实施例最小间隙的螺栓连接示意图；图2为本专利技术实施例正常间隙的螺栓连接示意图；图3为本专利技术实施例最大间隙的螺栓连接示意图；图4为本专利技术实施例滑移前轴向载荷作用下普通螺栓抗剪连接的变形过程示意图；图5为本专利技术实施例滑移后轴向载荷作用下普通螺栓抗剪连接的变形过程示意图；图6为本专利技术实施例节点连接试验中得到的螺栓连接载荷-变形过程曲线图；图7为本专利技术实施例螺栓连接滑移过程的分解示意图；图8为本专利技术实施例变形滑移过程的载荷-变形过程曲线图；图9为本专利技术实施例间隙滑移过程的载荷-变形过程曲线图；图10为本专利技术实施例方法流程图。具体实施方式下面结合实施例对专利技术作进一步的详细说明。实施例1：本例的专利技术一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法。所述方法包括如图10所示，将螺栓连接滑移过程分解为间隙滑移和变形滑移两部分，变形滑移过程中的变形滑移量Δ1和间隙滑移过程中的间隙滑移量Δ2分别采用不同的曲线方程进行描述，将变形滑移量Δ1与间隙滑移量Δ2相加，即可得到描述螺栓连接的变形量Δ与载荷之间关系的曲线方程Δ＝Δ1+Δ2。输电铁塔节点构造时，根据具体施工情况的不同，螺栓在螺栓孔中的位置也可能出现多种多样的情况，以单螺栓连接为例，图1-3给出了三种可能出现的情况，图1是螺栓在螺栓孔中为最小间隙的示意图，图2是正常间隙的示意图，图3是最大间隙的示意图。上述三种不同构造间隙的螺栓连接，在轴向载荷作用下的载荷变形过程是不相同的，本专利技术考虑正常构造间隙的情况来分析其载荷变形过程。图4-5是在轴向载荷作用下，普通螺栓抗剪连接的变形过程示意图，当作用在节点上的轴向载荷超过连接件之间的最大静摩擦力后，连接件与被连接件之间将做消除构造间隙的相对滑动，若轴向载荷继续增加，螺栓杆与螺栓孔开始挤压，并产生挤压变形。图4-5中d0为螺栓直径，D0为螺栓孔直径，δ1与δ2分别为上下两个连接件与螺栓杆之间的构造间隙。当螺栓孔与螺栓杆产生挤压变形后，连接件与被连接件的螺栓孔直径分别变为D1和D2，螺栓杆与连接件接触部分的直径分别变为d1和d2。若忽略连接件与被连接件本身在轴向载荷作用下的变形，螺栓连接的变形量就可以表示为Δ＝(δ1+δ2)+(D1+D2-2D0)+(2d0-d1-d2)＝δ0+u1+u2(a)式(a)中，δ0为构造间隙，u1和u2分别为孔壁以及螺栓杆的变形量。从式(a)可以看出，普通螺栓抗剪连接滑移主要由以下两部分组成：(1)间隙滑移：主要由螺栓与螺栓孔间的构造间隙决定；(2)变形滑移：主要包括螺栓孔孔壁以及螺栓杆的变形。由此可见，螺栓连接滑移将受螺栓数目，螺栓参数，连接件与被连接件参数，螺栓孔的形位参数，施工情况等众多因素影响，对于此类节点，目前常采用节点连接试验的方法，通过试验来确定节点的载荷-变形过程。图6所示为节点连接试验中得到的螺栓连接载荷-变形过程曲线图，从图中可以看出，螺栓连接的变形过程大致可以分为四个阶段：阶段I：节点上作用的轴向载荷小于滑移载荷，这时在摩擦力作用下，连接件与被连接件之间的相对滑移量很小，连接刚度较大；阶段II：轴向载荷超过滑移载荷，连接件与被连接件之间做消除构造间隙的相对滑动，连接刚度大幅度降低；对于单肢连接节点，由于螺栓数目通常较少，当载荷达到滑移载荷时，通常会出现连接变形突然增加的现象，而对于双肢搭连接节点，由于螺栓数目通常较多，且螺栓孔之间存在形位误差，因此通常不会出现连接变形突然增加的现象，但是在这一阶段节点的连接刚度也会明显降低；阶段III；螺栓与螺栓孔之间的构造间隙消失，螺栓杆与螺栓孔壁开始产生挤压变形，节点的连接刚度较上一阶段明显增大；阶段IV螺栓连接部位开始破坏，并最终失效。根据螺栓连接的载荷-变形曲线特点，本专利技术将螺栓连接滑移过程分为如图7所示的间隙滑移和变形滑移两部分，分别采用不同的曲线方程来描述。如图8所示，对于变形滑移过程，参照描述材料非线性应力应变关系的参数化方程，选择屈服载荷Py和与之对应的连接变形δy，作为变形滑移曲线的参数，得到描述变形滑移的载荷-变形过程的函数表达式为：式中，α和N为曲线的形状参数，可以通过试验确定。如图9所示，对于间隙滑移过程，采用描述间隙滑移的载荷-变形过程的函数表达式式中，Ps为滑移载荷，δ0为间隙滑移量(或称构造间隙)，m和n为曲线的形状参数。通过合理选择参数m和n，该函数表达式就具有如下特点：当P<Ps时，Δ2≈0；当P≥Ps时，Δ2≈δ0。利用该函数的上述特点就可以描述连接滑移中的间隙滑移过程。综合考虑式(b)和式(c)，螺栓连接的载荷-变形曲线就可以表示为Δ＝Δ1+Δ2(d)式(c)给出的螺栓连接滑移模型中滑移载荷Ps、间隙滑移量δ0、屈服载荷Py以及与屈服载荷相对应的变形量等本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，其特征在于：包括：分解螺栓连接滑移过程得到不同的滑移类型；采用不同的曲线方程进行描述所述不同的滑移类型；根据所述不同的曲线方程得到螺栓连接的变形量与载荷之间关系的曲线方程。

【技术特征摘要】
1.一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，其特征在于：包括：分解螺栓连接滑移过程得到不同的滑移类型；采用不同的曲线方程进行描述所述不同的滑移类型；根据所述不同的曲线方程得到螺栓连接的变形量与载荷之间关系的曲线方程。2.如权利要求1所述的一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，其特征在于：所述滑移类型包括间隙滑移和变形滑移。3.如权利要求2所述的一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，其特征在于：在变形滑移过程中的变形滑移量Δ1和间隙滑移过程中的间隙滑移量Δ2分别采用不同的曲线方程进行描述；将所述变形滑移量Δ1与所述间隙滑移量Δ2相加，得到描述螺栓连接的变形量Δ与载荷之间关系的曲线方程Δ＝Δ1+Δ2。4.如权利要求2所述的一种输电铁塔中螺栓连接滑移的模拟方法，其特征在于：所述变形滑移过程中的变形滑移量Δ1由如下的曲线方程进行描述：Δ1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨风利，王璋奇，江文强，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，华北电力大学，国网山西省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京;11