基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算系统及方法，包括以下步骤：A.在桁梁混合模型中设置初始轴向刚度，通过模型计算获得单元轴力；B.根据获得的单元轴力和杆件参数计算获得杆件弹性变形量；C.根据杆件弹性变形量和螺栓连接间隙滑移计算获得杆件总变形量；D.将杆件总变形量带入修正模型，计算得到考虑螺栓滑移的轴向刚度折减系数；E.根据轴向刚度折减系数修正轴向刚度并重新带入桁梁混合模型，计算获得更新后的单元轴力；F.判断是否满足收敛标准；如果不满足则重新执行步骤B

【技术实现步骤摘要】
基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算系统及方法


[0001]本专利技术涉及输电铁塔
，具体涉及一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算方法。

技术介绍

[0002]输电塔是电力输送系统的重要组成部分，在运行过程中若受损严重导致倒塌，将可能发生电力工程安全事故，对社会经济产生不利影响。
[0003]螺栓连接在输电铁塔结构中普遍采用，目前大部分输电铁塔采用型钢组合而成，各构件之间采用螺栓连接。螺栓孔直径通常比螺栓直径要大1～2mm，输电铁塔中螺栓节点有数量众多、螺栓直径小、连接件薄、预紧力小、镀锌钢表面摩擦系数低等特点。当塔架承受一定载荷后，在螺栓连接部位发生连接件与被连接件之间的相对移动，即产生螺栓滑移，大量实验以及真型塔试验表明输电铁塔中的螺栓连接滑移现象十分普遍。
[0004]国内新建特高压输电线路以及国外新设计铁塔一般均要求进行真型塔试验，设计单位在采用常规铁塔设计软件(如道亨、Smarttower等)进行铁塔计算与结构图设计，后于试验基地进行真型塔试验。据总结不同真型塔试验数据，真型塔在大风工况下的实际位移比理论计算位移大约50％～80％，而断线工况下的差异超过100％，对于窄基塔，上述差异甚至达到150％～250％，二者差异问题成为困扰设计人员的一个难题。导致上述位移差异的影响因素较多，如螺栓滑移、节点刚度、铁塔加工误差、螺栓预紧力以等。
[0005]可以看到，传统铁塔计算软件无法解决理论计算位移与试验位移之间差异过大的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算方法，获取更加接近实际位移的计算位移，为真型塔设计提供参考。
[0007]本专利技术提供了一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算系统，其特征在于包括杆件参数获取模块、初始值设定模块、单元轴力计算模块、弹性变形量计算模块、螺栓间隙滑移输入模块、杆件总变形量计算模块、刚度修正模块、收敛标准判断模块；
[0008]其中，杆件参数获取模块用于获取待计算的杆件参数并将获得的杆件参数发送至弹性变量计算模块；
[0009]初始值设定模块用于获取初始轴向刚度并将获得的数据发送至单元轴力计算模块；
[0010]单元轴力计算模块根据初始轴向刚度和桁梁混合模型计算获得单元轴力，并将计算生成的数据发送至弹性变量计算模块和收敛标准判断模块；
[0011]弹性变形量计算模块根据接收到的杆件参数和单元轴力数据计算获得杆件变形量，并将计算生成的数据发送至杆件变形量计算模块；
[0012]螺栓间隙滑移输入模块用于获取螺栓连接间隙滑移的数据，并将其发送至杆件变
形量计算模块；
[0013]杆件总变形量计算模块根据接收到的杆件变形量和螺栓连接间隙滑移的数据计算获得杆件总变形量，并将计算生成的数据发送至修正模块；
[0014]刚度修正模块根据杆件总变形量的数据计算获得考虑螺栓滑移的轴向刚度折减系数，并将计算生成的数据发送至单元轴力计算模块；
[0015]单元轴力计算模块根据轴向刚度折减系数修正轴向刚度并重新带入桁梁混合模型，计算获得更新后的单元轴力并将计算生成的数据发送至收敛标准判断模块；
[0016]收敛标准判断模块根据初次计算获得的单元轴力和更新后的单元轴力判断是否符合收敛标准。
[0017]本专利技术还提供了一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算方法，其特征在于包括以下步骤：
[0018]A.在桁梁混合模型中设置初始轴向刚度，通过模型计算获得单元轴力；
[0019]B.根据获得的单元轴力和杆件参数计算获得杆件弹性变形量；
[0020]C.根据杆件弹性变形量和螺栓连接间隙滑移计算获得杆件总变形量；
[0021]D.将杆件总变形量带入修正模型，计算获取考虑螺栓滑移的轴向刚度折减系数；
[0022]E.根据轴向刚度折减系数修正轴向刚度并重新带入桁梁混合模型，计算获得更新后的单元轴力；
[0023]F.判断是否满足收敛标准；如果不满足则重新执行步骤B-E，直至收敛；如果满足则输出更新后的单元轴力和杆件总变形量。
[0024]上述技术方案中，所述步骤D中的修正模型如下：
[0025][0026]其中，Δ为杆件总变形量，F
N
表示桁架在荷载作用下各杆件的内力，表示施加单位力后各杆件的内力，E表示考虑节点刚度的各杆件的弹性模量，E0为未考虑节点刚度的各杆件的弹性模量，ξ表示有滑移杆件的轴向刚度折减系数，A表示杆件的横截面积，l表示杆件长度。
[0027]上述技术方案中，步骤E中采用如下公式修正轴向刚度K：
[0028][0029]其中，E为考虑节点刚度的各杆件的弹性模量，E0为未考虑节点刚度的各杆件的弹性模量。
[0030]上述技术方案中，步骤B中采用如下公式计算杆件弹性变形量：
[0031][0032]其中，Δ
e
为杆件的弹性变形量；F
N
为杆件轴力；l为杆长；E0为弹性模量；A为杆件的横截面面积。
[0033]上述技术方案中，所述步骤C中螺栓连接间隙滑移值可考虑为螺栓孔径与螺栓直径的差值。
[0034]上述技术方案中，所述桁梁混合模型将铁塔简化为静定的平面桁架，将因构造要求而设置的多余杆件略计，如辅助材可视为零杆，而对于横隔材可只考虑承受扭矩。
[0035]上述技术方案中，所述桁梁混合模型将动力或冲击荷载视为静力荷载，在计算中引入动力系数和冲击系数。
[0036]上述技术方案中，所述桁梁混合模型中，拉线的拉线铁塔在计算中不考虑因挠度而产生的附加弯矩；铁塔圆部与基础的连接假定为不动铰接。
[0037]上述技术方案中，所述桁梁混合模型中，构件的节点为理想，所有构件的轴线都是在同一平面内的直线，并在节点上交于节点中心，构件只承受轴向力；主材应力应将正、侧两面的应力相叠加。
[0038]本专利技术还提供了一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算方法的非暂时性计算机只读介质，包括：
[0039]存储在其中的指令，其中所述指令在由一个或以上处理器执行时，使所述一个或以上处理器执行以下的方法包括：
[0040]A.在桁梁混合模型中设置初始轴向刚度，通过模型计算获得单元轴力；
[0041]B.根据获得的单元轴力和杆件参数计算获得杆件弹性变形量；
[0042]C.根据杆件弹性变形量和螺栓连接间隙滑移计算获得杆件总变形量；
[0043]D.将杆件总变形量带入修正模型，计算获得考虑螺栓滑移的轴向刚度折减系数；
[0044]E.根据轴向刚度折减系数修正轴向刚度并重新带入桁梁混合模型，计算获得更新后的单元轴力；
[0045]F.判断是否满足收敛标准；如果不满足则重新执行步骤B-E，直至收敛；如果满足则输出更新后的单元轴力和杆件总变形量
[0046]本专利技术通过考虑螺栓滑移与螺栓节点刚度，建立考虑节点刚度的单位力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算系统，其特征在于包括杆件参数获取模块、初始值设定模块、单元轴力计算模块、弹性变形量计算模块、螺栓间隙滑移输入模块、杆件总变形量计算模块、刚度修正模块、收敛标准判断模块；其中，杆件参数获取模块用于获取待计算的杆件参数并将获得的杆件参数发送至弹性变形量计算模块；初始值设定模块用于获取初始轴向刚度并将获得的数据发送至单元轴力计算模块；单元轴力计算模块根据初始轴向刚度和桁梁混合模型计算获得单元轴力，并将计算生成的数据发送至弹性变形量计算模块和收敛标准判断模块；弹性变形量计算模块根据接收到的杆件参数和单元轴力数据计算获得杆件变形量，并将计算生成的数据发送至杆件变形量计算模块；螺栓间隙滑移输入模块用于获取螺栓连接间隙滑移的数据，并将其发送至杆件变形量计算模块；杆件总变形量计算模块根据接收到的杆件变形量和螺栓连接间隙滑移的数据计算获得杆件总变形量，并将计算生成的数据发送至修正模块；刚度修正模块根据杆件总变形量的数据计算获得考虑螺栓滑移的轴向刚度折减系数，并将计算生成的数据发送至单元轴力计算模块；单元轴力计算模块根据轴向刚度折减系数修正轴向刚度并重新带入桁梁混合模型，计算获得更新后的单元轴力并将计算生成的数据发送至收敛标准判断模块；收敛标准判断模块根据初次计算获得的单元轴力和更新后的单元轴力判断是否符合收敛标准。2.一种基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算方法，其特征在于包括以下步骤：A.在桁梁混合模型中设置初始轴向刚度，通过模型计算获得单元轴力；B.根据获得的单元轴力和杆件参数计算获得杆件弹性变形量；C.根据杆件弹性变形量和螺栓连接间隙滑移计算获得杆件总变形量；D.将杆件总变形量带入修正模型，计算获得考虑螺栓滑移的轴向刚度折减系数；E.根据轴向刚度折减系数修正轴向刚度并重新带入桁梁混合模型，计算获得更新后的单元轴力；F.判断是否满足收敛标准；如果不满足则重新执行步骤B-E，直至收敛；如果满足则输出更新后的单元轴力和杆件总变形量。3.根据权利要求2所述的基于螺栓节点刚度的输电铁塔位移计算方法，其特征在于所述步骤D中的修正模型如下：其中，Δ为杆件总变形量，F
N
表示桁架在荷载作用下各杆件的内力，表...

【专利技术属性】
技术研发人员：李清，伍川，覃伟平，冯衡，杨晓辉，张博，吕中宾，吴海洋，叶中飞，刘光辉，高彬，曾二贤，李强，柯嘉，徐彬，赵冲，胡超，王松涛，王亚东，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：