一种大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法与流程

本发明涉及钢结构，具体涉及一种大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法。

背景技术：

1、随着钢管结构的大规模推广应用，工程师们逐渐发现在钢管结构中节点往往是其最为脆弱的部分。钢管径向刚度与轴向刚度差距悬殊导致节点可能先于支管发生破坏并且破坏形式多样、受力复杂。同时节点的破坏会引起与节点相连的杆件的失效，从而引发整体结构的破坏。这就导致节点设计成为了钢管设计中最为关键也最为棘手的部分。

2、节点的性能研究事关钢管结构的安全性，是现阶段研究的关键所在。在钢管塔节点中，相贯连接节点和管板连接节点因其受力性能良好而得到了广泛的应用。目前针对这两类节点的研究也取得了一定的发展，并已有部分规范可供参考。但已完成的研究仍主要集中在平面节点以及简单空间节点上，对于构造复杂的多支管空间节点研究仍十分欠缺，其受力性能分析及设计建议同样较为匮乏。

3、此外，目前针对钢管输电塔节点的研究仍主要集中于单一相贯连接构造或单一管板连接构造的节点中。其中相贯节点受力性能较管板节点更强，但传统的相贯节点由于管件之间相互重叠的现象导致加工困难，焊接质量很难保证，同时传力路径复杂，局部应力集中严重。采用球节点或铸钢节点尽管会明显改善节点受力性能，但对于大跨越特高压输电塔而言，相同条件下节点的造价会分别增加1至2倍。为克服上述问题，目前工程中开始尝试将管板连接与相贯连接结合进行应用，并形成了管板-相贯混合连接的节点，鉴于有关该类组合节点研究还鲜见报道，更缺乏可供参考的承载力设计方法，因此有必要进行详细的分析以明确节点受力性能。

技术实现思路

1、针对目前研究中对采用构造加强的空间多支管节点研究仍较不充分，对于同时采用相贯连接构造与管板连接构造的钢管节点研究更是鲜见报道，更缺乏可供参考的承载力设计方法的技术问题，本发明提供一种大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法，该方法通过对节点加劲构件尺寸的参数化分析，明确复杂节点中加劲构件的传力路径及其几何参数对节点承载力的影响，并结合现有规范及研究成果，采用逐层拆分思路，提出了节点承载力计算的建议公式。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法，包括以下步骤：

4、s1、采用逐层拆分思路对复杂管板-相贯节点相关加劲构件进行拆解，拆解过程如下：去除节点主管外侧环板，形成节点1；去除节点支管环板，形成节点2；去除节点主管内侧环板，形成节点3；去除节点水平节点板，形成节点4；去除节点面外构件，形成简单t型加劲节点，形成节点5；

5、s2、确定去除节点相关加劲构件的承载力提升系数：

6、对节点1以支管环板厚度与支管壁厚的比值作为支管环板厚度因子τr1＝tr1/t1、支管环板宽度与支管管径的比值作为支管环板宽度因子βr1＝2b1/d1进行分析并与原节点的承载力变化相关曲线对比，确定直接忽略主管外侧环板产生的承载力提升；其中，tr1表示支管环板厚度，t1表示支管壁厚，b1表示支管环板宽度，d1表示支管管径；

7、对节点2以主管内侧环板厚度因子进行参数分析并与原节点的承载力变化相关曲线对比，确定原节点相对于节点2由支管环板产生的承载力提升系数为：其中，以作为支管环板强度提高因子cr1；

8、对节点3以水平节点板厚度与主管壁厚的比值作为水平节点板厚度因子τle＝tle/t1进行分析并与原节点的承载力变化相关曲线对比，确定原节点相对于节点3由主管内侧环板产生的承载力提升系数为ψ2＝0.8～1.03；其中，tle表示水平节点板厚度，t1表示主管壁厚；

9、获取节点4中去除水平节点板相对于节点3的承载力变化值，并获取节点5中去除面外构件相对于节点4的承载力变化值，得出节点5中去除面外构件后相对于节点4的承载力变化在3％以内，故针对节点4相对于节点5的承载力改变作近似处理，直接以节点5和节点3的承载力差值作为水平节点板对节点的承载力贡献，并通过强度提升系数ψ3来描述这种改变；结合节点3中水平节点板厚度因子与承载力的相关曲线以及节点3至节点5的承载力变化值，确定水平节点板产生的承载力提升系数为：ψ3＝0.074τle+1.07；

10、s3、节点5承载力计算：

11、经拆分后得到的节点5主体为增设外加劲肋的相贯节点，对该类节点的承载力计算在考虑加劲肋对节点有效长度影响的承载力提高系数基础上，将该承载力提高系数叠加至钢结构规范中有关t型节点的受压承载力计算公式中，确定节点5的承载力计算公式如下：

12、

13、

14、ψd＝0.069+0.93β

15、其中，ψ为加劲肋对节点有效长度影响的承载力提高系数，θ为支管与主管的夹角，d为主管直径，t为主管壁厚，f为材料屈服强度，β为支管直径与主管直径之比d1/d，γ为主管直径与主管壁厚之比d/2t0，η为与加劲肋尺寸有关的无量纲参量，η＝ls/d1，ls为加劲肋长度；

16、s4、复杂管板-相贯节点承载力计算：

17、在考虑节点5承载力的基础上增加各加劲构件对节点承载力的提升系数，得到针对复杂管板-相贯节点承载力计算公式如下：

18、

19、其中，ψ1为节点支管环板承载力提升系数，ψ2为节点主管内侧环板承载力提升系数，ψ3为节点水平节点板承载力提升系数。

20、进一步，所述步骤s2中去除节点相关加劲构件的承载力变化包括受拉承载力变化和受压承载力变化。

21、进一步，所述步骤s2中确定原节点相对于节点3由主管内侧环板产生的承载力提升系数为ψ2＝0.8。

22、与现有技术相比，本发明提供的大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法，通过采用逐层拆分的方法对节点进行处理，依次去除节点相关构造并计算其承载力提升/贡献，通过层层拆解后得到较为简洁的节点形式，之后结合已有规范及计算方法确定简化节点的基本承载力，通过承载力提高系数考虑各节点增强构造/加劲构件对节点承载力的提升作用并最终给出能用以指导工程实践的节点承载力计算公式。对于复杂管板-相贯节点的承载力按照本申请计算公式进行计算的误差在12％以内，公式对该节点受拉承载力与受压承载力均表现出良好的精确度与适用性，能够作为该节点工程应用的计算参考。

技术特征：

1.一种大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法，其特征在于，所述步骤s2中去除节点相关加劲构件的承载力变化包括受拉承载力变化和受压承载力变化。

3.根据权利要求1所述的大跨越钢管塔复杂管板-相贯节点承载力计算方法，其特征在于，所述步骤s2中确定原节点相对于节点3由主管内侧环板产生的承载力提升系数为ψ2＝0.8。

技术总结
本发明提供一种大跨越钢管塔复杂管板‑相贯节点承载力计算方法，包括以下步骤：采用逐层拆分思路对复杂管板‑相贯节点相关加劲构件进行拆解，确定去除节点相关加劲构件的承载力提升系数，节点5承载力计算以及复杂管板‑相贯节点承载力计算。本申请采用逐层拆分的方法对节点进行处理，依次去除节点相关构造并计算其承载力提升，通过层层拆解后得到较为简洁的节点形式，之后结合已有规范及计算方法确定简化节点的基本承载力，通过承载力提高系数考虑各节点加劲构件对节点承载力的提升作用并最终给出能用以指导工程实践的节点承载力计算公式，公式对节点受拉承载力与受压承载力均表现出良好的精确度与适用性。

技术研发人员：孟宪乔,张树林,郑治祥,李正良,刘红军,徐智东,陈烨,孟凯
受保护的技术使用者：中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15