750kV格构式构架钢管空间节点极限承载力研究和可靠性设计

随着我国电力行业的高速发展,大跨越和高耸的钢管结构应用也越来越频繁。相对角钢结构,钢管结构具有良好的受力性能,受流体阻力小,稳定性好,因而受到广泛应用。

在大型变电格构式构架中,钢管节点普遍采用插板连接形式,虽然这种连接形式便于加工、制作和施工,但是十分耗费钢材。为了节约成本,构架节点中部分支管采用相贯焊接,这就形成了一种新型的空间节点:节点的一面采用相贯焊接,另一面采用插板连接。

目前国内外对这种节点的研究甚少,针对这种情况,本文对这种新型节点展开了一系列研究,具体工作如下:(1)以青海佑宁750kV变电站(GIS布置)为依托,在750kV格构式构架中引入一种新型的柱节点:钢管格构柱在等宽度的窄面节点采用相贯焊,变宽度的宽面节点仍然采用插板连接;同时引入一种新型的梁节点:钢管格构梁在上下面平面节点采用相贯焊,前后面平面节点仍然采用插板连接。本文对其中典型的一种梁节点和一种柱节点进行了单调静力加载的真型试验,分析了节点的受力性能、破坏形态和极限承载力,得到了节点的荷载—应变曲线和荷载—位移曲线。

(2)采用非线性有限元软件ANSYS建立节点模型,将计算结果与试验结果进行对比分析,发现计算结果与试验结果基本一致,验证了模型的适应性,为参数分析奠定了基础。(3)通过对试验结果的分析,筛选出可能影响节点极限承载力的参数,如主管径厚比、支管与主管的直径比、支管与主管的管厚比等。

运用参数化有限元模型,分析了不同参数对节点极限承载力的影响情况。(4)提出了复杂节点基于可靠度的概念设计方法。

首先拆分节点,用现行规范、规定对节点的主管、支管、节点板分别进行承载能力极限状态设计。然后通过ANSYS的概率分析模块PDS对设计出的节点进行可靠性分析,得到主管和最弱的支管、节点板的可靠指标,并与目标可靠指标比较。

根据可靠指标与目标可靠指标的差距,对节点进行二次设计。对比极限状态设计和二次设计后的主管、最弱支管、最弱节点板的尺寸或强度,提出相应的系数,用于其他支管和节点板的设计。

最终使节点强度大于主管强度,主管强度大于支管强度,并且各部分的可靠指标应大于等于目标可靠指标,保证节点的安全性和经济性。