側(cè)面19，通過連接部件4，例如螺栓，實(shí)現(xiàn)連接。
[0027]如圖9所示，所述內(nèi)包角鋼為一號(hào)內(nèi)包角鋼21、二號(hào)內(nèi)包角鋼22、三號(hào)內(nèi)包角鋼23、四號(hào)內(nèi)包角鋼24。所述一號(hào)內(nèi)包角鋼21、二號(hào)內(nèi)包角鋼22、三號(hào)內(nèi)包角鋼23、四號(hào)內(nèi)包角鋼24的截面外側(cè)邊25為L(zhǎng)型或者直角型，其與無填板四組合角鋼拼合的十字形外側(cè)緊貼。所述一號(hào)內(nèi)包角鋼21、二號(hào)內(nèi)包角鋼22、三號(hào)內(nèi)包角鋼23、四號(hào)內(nèi)包角鋼24的截面外側(cè)邊25也可為與其被包圍的形狀相吻合的其他形狀。所述一號(hào)內(nèi)包角鋼21、二號(hào)內(nèi)包角鋼22、三號(hào)內(nèi)包角鋼23、四號(hào)內(nèi)包角鋼24的截面內(nèi)側(cè)邊19形狀可以根據(jù)需要來設(shè)定。所述內(nèi)包角鋼為等邊或不等邊。
[0028]塔腳節(jié)點(diǎn)內(nèi)包角鋼的截面規(guī)格和連接長(zhǎng)度、螺栓規(guī)格和數(shù)量均需根據(jù)受力計(jì)算確定，同時(shí)內(nèi)包角鋼長(zhǎng)度不宜小于被連接的四角鋼主材肢的寬度，例如不小于被連接的四角鋼主材肢寬度1.5倍，有效保證連接的可靠性。
[0029]塔腳節(jié)點(diǎn)上部連接的十字型四組合截面構(gòu)件不需設(shè)置其他構(gòu)件直接采用螺栓進(jìn)行連接。四組合角鋼構(gòu)件長(zhǎng)度、寬度和厚度根據(jù)構(gòu)件的內(nèi)力大小計(jì)算確定同時(shí)滿足構(gòu)造要求，保證構(gòu)件的安全性；連接螺栓亦需滿足計(jì)算和構(gòu)造要求，保證構(gòu)件間連接的可靠性。
[0030]所述塔腳節(jié)點(diǎn)布置的連接型式及上部四組合角鋼主材構(gòu)件截面采用型式，還具有以下特征:
(1)塔腳節(jié)點(diǎn)采用內(nèi)包角鋼型式，包括由其他截面組成角鋼截面的型式(等邊或不等邊)；
(2)塔腳節(jié)點(diǎn)內(nèi)包鋼長(zhǎng)度、寬度和厚度根據(jù)節(jié)點(diǎn)處的內(nèi)力大小和構(gòu)造要求無級(jí)匹配，最大限度滿足受力和構(gòu)造要求；
(3)塔腳節(jié)點(diǎn)上部四組合角鋼構(gòu)件采用無填板直接相連的型式，即四個(gè)角鋼直接連接(或由其他構(gòu)件組成的十字型截面);
(4)塔腳節(jié)點(diǎn)上部四組合角鋼構(gòu)件長(zhǎng)度、寬度和厚度根據(jù)構(gòu)件的內(nèi)力大小和構(gòu)造要求無級(jí)匹配，最大限度滿足受力和構(gòu)造要求。
[0031]本發(fā)明采用的無填板四組合角鋼塔腳節(jié)點(diǎn)型式，借助有限元仿真模擬分析軟件和真型試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行方案比選，確定了最佳塔腳節(jié)點(diǎn)連接型式。進(jìn)行大量的有限元仿真模擬分析計(jì)算，對(duì)比分析無填板四組合角鋼塔腳節(jié)點(diǎn)的可行方案，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定采用的最優(yōu)的方案。進(jìn)行確定方案的真型試驗(yàn)驗(yàn)證，進(jìn)行無填板四組合角鋼塔腳節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)優(yōu)化。
[0032]如圖12所示，有限元分析主要考察此類無填板四組合角鋼塔腳節(jié)點(diǎn)傳力的合理性、節(jié)點(diǎn)相關(guān)板件及主要螺栓的受力性能。塔腳板節(jié)點(diǎn)有限元分析模型如圖12所示，主材角鋼通過內(nèi)包角鋼將荷載傳遞至靴板，靴板再通過其與底板連接的焊縫傳遞給塔腳板，再由塔腳板傳遞至基礎(chǔ)。塔腳板、靴板均為Q345鋼材，內(nèi)包角鋼與無填板四組合角鋼、內(nèi)包角鋼與靴板、靴板與斜材均采用螺栓連接，此部分建模時(shí)采用有限元實(shí)體模型S0LID45單元(包括螺栓)；螺栓桿與螺栓孔之間、螺帽和鋼板之間、角鋼與角鋼之間、底板與基礎(chǔ)之間的接觸均采用有限元分析的“面-面”接觸單元；靴板和塔腳板之間為焊縫連接，建模時(shí)采用” GLUE ”粘貼在一起，模擬焊接。
[0033]有限元分析時(shí)，底部施加約束，其余自由的邊界條件，整體模型單元如圖所示。分別考慮主材受拉和受壓(斜材相應(yīng)受力)可能存在的受力工況，模型中斜材受力近似加載在與之相連的靴板的斜面上。通過有限元模型計(jì)算結(jié)果(V0N-MISE應(yīng)力)考察節(jié)點(diǎn)的受力性能，節(jié)點(diǎn)各板件和螺栓受力情況如下。
[0034]如圖13和圖14所示，根據(jù)塔腳節(jié)點(diǎn)無填板四組合主材在軸向力(工程運(yùn)用塔型受荷為例)作用下為例，按規(guī)范的強(qiáng)度計(jì)算公式可算得主材無螺栓孔時(shí)截面平均應(yīng)力266.2MPa，有螺栓孔位置的凈截面平均應(yīng)力318.0MPa,內(nèi)包連接角鋼在有螺栓孔位置的凈截面平均應(yīng)力為246.7MPa。有限元分析的應(yīng)力結(jié)果與按規(guī)范公式計(jì)算的平均應(yīng)力基本一致，構(gòu)件均處于彈性范圍內(nèi)，且無填板四組合主材和內(nèi)包角鋼的應(yīng)力分布較為均勻。應(yīng)力分布圖結(jié)果顯示，無填板四組合主材在開斷處上方的應(yīng)力最大，在主材開斷與靴板對(duì)接連接處，主材內(nèi)力相對(duì)變小，但此段內(nèi)包角鋼應(yīng)力相對(duì)較大，主要是因?yàn)閮?nèi)包角鋼在此已經(jīng)有效地將斷開主材的內(nèi)力承擔(dān)，再通過連接螺栓有效地向靴板傳遞，內(nèi)包鋼很好地承擔(dān)了傳遞無填板四組合主材內(nèi)力的作用。
[0035]有限元分析結(jié)果顯示無填板四組合主材最大應(yīng)力分布于螺栓孔周區(qū)域，內(nèi)包角鋼的最大應(yīng)力位于整個(gè)內(nèi)包角鋼中部(即主材與靴板對(duì)接處)，且最大應(yīng)力點(diǎn)也分布于此范圍內(nèi)的螺栓孔周區(qū)域，主要是因?yàn)槭芰r(shí)，螺桿與孔壁擠壓所引起，但其均處于彈性范圍內(nèi)。
[0036]如圖15所示，連接主材角鋼、靴板、外包角鋼的螺栓應(yīng)力圖顯示螺桿區(qū)域受力最大，主要是因?yàn)槭芰r(shí)，螺桿與孔壁擠壓所引起。根據(jù)規(guī)范公式按實(shí)際受荷工況為例復(fù)核螺栓的抗剪承載力(根據(jù)主材拉力可求得一顆螺栓所受平均剪力)，均小于螺栓和螺孔擠壓的承載力，螺栓能有效傳遞被連接構(gòu)件的內(nèi)力，傳力性能較好，該連接工作性能較好。
[0037]如圖16所示，通過有限元VON-MISE應(yīng)力圖分析結(jié)果可見，靴板中應(yīng)力在螺栓孔周及連接的邊緣部位有應(yīng)力相對(duì)集中外，其最大應(yīng)力主要分布于靴板與底板連接區(qū)域，主要是因?yàn)閮?nèi)包角鋼已將開斷的主材內(nèi)力傳遞到靴板，靴板同時(shí)有效地將內(nèi)力傳遞到了塔腳板上，所以二則連接處為主要傳力部分，為應(yīng)力的主要承擔(dān)部位；同時(shí)在斜材構(gòu)件連接部位的應(yīng)力稍大，是因?yàn)樾辈膫鬟f來的內(nèi)力所引起的，靴板的其余大部分部位應(yīng)力相對(duì)較小，整體受力性能較好。應(yīng)力分布規(guī)律較好地顯示了靴板在傳遞主斜材內(nèi)力至塔腳板過程中良好的工作性能。
[0038]如圖17所示，通過有限元VON-MISE應(yīng)力圖分析結(jié)果可見，塔腳板上下表面在與靴板連接區(qū)域處應(yīng)力較大，其余部位應(yīng)力相對(duì)較小，塔腳板有效地傳遞了塔腳節(jié)點(diǎn)靴板傳來的主斜材內(nèi)力，并有效地向地面?zhèn)鬟f，其受力整體受力性能較好，在塔腳處有效起到了鐵塔與基礎(chǔ)間“承上啟下”的作用。
[0039]通過有限元VON-MISE應(yīng)力圖分析結(jié)果可見，無填板四組合角鋼的塔腳節(jié)點(diǎn)內(nèi)包角鋼、靴板、塔腳板，無論受拉還是受壓，基本上都處于彈性狀態(tài)，受力性能較好，能有效地將節(jié)點(diǎn)上方無填板四組合主材構(gòu)件的內(nèi)力傳遞至塔腳板，再通過塔腳板有效傳遞至地面，在鐵塔與基礎(chǔ)間起到良好的“承上啟下”的作用。
[0040]相關(guān)術(shù)語解釋:
塔腳節(jié)點(diǎn)指輸電鐵塔塔腿主材和斜材與地面基礎(chǔ)連接點(diǎn)，即鐵塔底部接觸地面位置，如圖1、圖2所示。
[0041]常規(guī)四組合角鋼采用四肢等邊角鋼組合成十字型截面，需通過填板和螺栓共同連接四肢角鋼，目前國(guó)內(nèi)輸電鐵塔四組合角鋼均采用此截面型式，構(gòu)件截面如圖6所示。
[0042]無填板四組合角鋼采用四肢等邊角鋼組合成十字型截面，但其無需通過填板連接四肢角鋼，直接采用螺栓進(jìn)行拼接，目前國(guó)內(nèi)暫無，屬首次運(yùn)用，故稱作“無填板四組合角鋼”，構(gòu)件截面如圖11所示。
[0043]本發(fā)明并不局限于前述的【具體實(shí)施方式】。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，包括靴板(1)，其特征在于:設(shè)置有內(nèi)包角鋼(2)、無填板四組合角鋼(3)，所述無填板四組合角鋼(3)的端部與靴板(I)的端部對(duì)齊設(shè)置，所述無填板四組合角鋼(3)、靴板(I)的外部設(shè)置內(nèi)包角鋼(2)，所述內(nèi)包角鋼(2)上段與無填板四組合角鋼(3)連接，所述內(nèi)包角鋼(2)下段與靴板(I)連接，所述無填板四組合角鋼(3)兩兩直接接觸設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述內(nèi)包角鋼(2)的安裝方向與上部無填板四組合角鋼(3)方向一致，與下部靴板(I)方向一致。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述靴板(I)連接在塔腳板(5)上。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述內(nèi)包角鋼(2 )緊貼靴板(I)和無填板四組合角鋼(3 )。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述無填板四組合角鋼(3)的厚度與靴板(I)厚度相同。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述內(nèi)包角鋼(2)上段采用連接部件(4)與無填板四組合角鋼(3)連接。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述內(nèi)包角鋼(2)下段采用連接部件(4)與靴板(I)連接。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述連接部件(4)為螺栓。
9.如權(quán)利要求1所述的一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，其特征在于:所述內(nèi)包角鋼(2)長(zhǎng)度大于或者等于被連接的無填板四組合角鋼(3)的寬度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于輸電鐵塔無填板四組合角鋼截面的塔腳節(jié)點(diǎn)，包括靴板，設(shè)置有內(nèi)包角鋼、無填板四組合角鋼，所述無填板四組合角鋼的端部與靴板的端部對(duì)齊設(shè)置，所述無填板四組合角鋼、靴板的外部設(shè)置內(nèi)包角鋼，所述內(nèi)包角鋼上段與無填板四組合角鋼連接，所述內(nèi)包角鋼下段與靴板連接，所述無填板四組合角鋼兩兩直接接觸設(shè)置。本發(fā)明中的塔腳節(jié)點(diǎn)設(shè)置了內(nèi)包角鋼連接靴板和無填板四組合角鋼，有效傳遞節(jié)點(diǎn)內(nèi)力的同時(shí)增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)剛度，提高了節(jié)點(diǎn)安全性能。成功取消了常規(guī)四組合角鋼構(gòu)件間的所有填板，有效降低了整塔重量，減少了焊接工作，加工便利、施工方便，縮短了建設(shè)周期，節(jié)約成本。
【IPC分類】E04H12-10, E04H12-22
【公開號(hào)】CN104594699
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510058634
【發(fā)明人】肖兵, 馮勇, 黃興, 肖洪偉, 楊洋, 鄭勇, 韓大剛, 鄢秀慶, 李美峰, 王成, 張亞迪, 李剛, 辜良雨, 王波, 張迪, 李鐘 , 蘇啟陽, 王駿, 張利如
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)西南電力設(shè)計(jì)院有限公司
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月5日