本發(fā)明涉及輸電鐵塔螺栓連接節(jié)點防松設(shè)計領(lǐng)域，更具體涉及一種大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估方法。
背景技術(shù)：
：：螺栓是輸電鐵塔桿件連接和傳力的關(guān)鍵部件，其產(chǎn)品質(zhì)量和緊固狀態(tài)不僅影響鐵塔整體的可靠性，甚至威脅整條線路的安全運行。尤其在大風(fēng)、大溫差區(qū)域，如中國新疆每年發(fā)生災(zāi)害性大風(fēng)天氣(8級及以上大風(fēng))的日數(shù)多在100天以上，且晝夜溫差及四季溫差可達30℃以上。由于長期受到大風(fēng)、溫度等交變荷載的作用，輸電鐵塔螺栓容易發(fā)生松動或機械破壞?，F(xiàn)有輸電鐵塔螺栓防松性能評估試驗中，振幅和頻率依據(jù)GB/T10431—2008《緊固件橫向振動試驗方法》取值，該標(biāo)準(zhǔn)主要適用于機械行業(yè)緊固件，由此確定的螺栓松脫規(guī)律和防松性能，不能準(zhǔn)確反映輸電鐵塔在強風(fēng)、舞動等條件下的真實狀態(tài)。此外，現(xiàn)有評估方法均未考慮大溫差對輸電鐵塔螺栓防松性能和受力特性的影響，還不能完全滿足大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔防松性能評估的技術(shù)需求。雙帽螺栓是目前強風(fēng)區(qū)、舞動區(qū)輸電鐵塔螺栓常用的防松形式，雙帽螺栓一般由兩個普通螺母或普通螺母配薄螺母組成，兩個螺母的上下位置關(guān)系和初始扭矩比例對螺栓的防松性能都會產(chǎn)生較大影響。目前還沒有針對輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：：本發(fā)明的目的是提供一種輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估方法，考慮因素更為全面，試驗邊界條件更接近輸電鐵塔真實的運行環(huán)境和運行狀態(tài)，具有更好的適用性和更高的精度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估方法，適用于大風(fēng)區(qū)域和大溫差區(qū)域；所述方法包括：確定輸電鐵塔螺栓施工溫度與運行溫度的溫差范圍；確定輸電鐵塔螺栓節(jié)點振動頻率和振幅；根據(jù)所述溫差范圍、輸電鐵塔螺栓節(jié)點振動頻率和振幅制定輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能試驗方案；根據(jù)所述試驗方案獲得輸電鐵塔螺栓預(yù)緊力時程曲線；根據(jù)所述輸電鐵塔螺栓預(yù)緊力時程曲線評估輸電鐵塔螺帽型式的防松性能。根據(jù)輸電線路途經(jīng)區(qū)域的年平均溫度Ta的統(tǒng)計值作為輸電鐵塔螺栓施工溫度；根據(jù)輸電線路途經(jīng)區(qū)域的最低溫度Tmin和最高溫度Tmax的統(tǒng)計值作為所述輸電鐵塔螺栓施的運行溫度，確定所述輸電鐵塔螺栓施工溫度與任意一個運行溫度的最大溫差范圍。所述輸電鐵塔螺栓節(jié)點振動頻率為根據(jù)建立輸電鐵塔有限元模型，通過模態(tài)分析確定的輸電鐵塔一階自振頻率f1。所述輸電鐵塔螺栓節(jié)點振幅的確定過程為：隨機選取n個螺栓節(jié)點，測量螺栓孔與螺桿的間隙值Δi，Δi為螺栓孔直徑d與螺桿直徑d0的差值；當(dāng)間隙平均值與間隙樣值Δi的標(biāo)準(zhǔn)差σΔ不高于0.05mm時，采用間隙平均值作為橫向振動試驗的振幅即輸電鐵塔螺栓節(jié)點振幅；若標(biāo)準(zhǔn)差σΔ高于0.05mm時，繼續(xù)增加樣本數(shù)量m，直到滿足要求為止。所述制定輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能試驗方案包括：根據(jù)獲得的輸電鐵塔螺栓施工溫度與運行溫度的溫差范圍，以10℃為間 隔，確定螺栓橫向振動試驗的溫差工況數(shù)和各工況的溫差值；確定螺栓橫向振動試驗的位移；根據(jù)所述溫差范圍、輸電鐵塔螺栓節(jié)點振動頻率和振幅參數(shù)進行雙帽螺栓橫向振動試驗。所述螺栓橫向振動試驗的位移的加載方式采用正弦曲線，根據(jù)確定的螺栓節(jié)點振動頻率f1和振幅不同時刻t螺栓橫向振動試驗加載位移的表達式為：所述雙帽螺栓包括兩個厚度相同的螺母和兩個厚度不同的螺母。對于所述兩個厚度不同的螺母的雙帽螺栓防松型式，試驗時先擰緊下螺母；所述下螺母的扭矩Mb取其對應(yīng)強度等級螺栓安裝扭矩的25％、50％、75％和100％，上螺母的扭矩Mt取其對應(yīng)強度等級螺栓安裝扭矩。采用設(shè)置在所述螺栓節(jié)點連接板下方的壓力傳感器測量不同工況下雙帽螺栓的預(yù)緊力時程曲線F(t)。根據(jù)確定的雙帽螺栓預(yù)緊力時程曲線，獲得雙帽螺栓發(fā)生松脫的時間T；根據(jù)所述時間T、溫差范圍、雙螺母位置關(guān)系和下螺母初始扭矩值比例對輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的影響程度，評估兩種輸電鐵塔螺帽型式的防松性能。和最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供技術(shù)方案具有以下優(yōu)異效果1、本發(fā)明技術(shù)方案考慮了大溫差環(huán)境對雙帽螺栓防松性能的影響，提出了螺栓橫向振動試驗頻率和振幅的計算方法；2、本發(fā)明技術(shù)方案通過橫向振動試驗獲得大風(fēng)、大溫差工況下輸電鐵塔雙帽螺栓的預(yù)緊力時程曲線，實現(xiàn)大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估；3、本發(fā)明技術(shù)方案與傳統(tǒng)的輸電鐵塔螺栓防松性能評估方法相比，考慮因素更為全面，試驗邊界條件更接近輸電鐵塔真實的運行環(huán)境和運行狀態(tài)，具有更好的適用性和更高的精度；4、本發(fā)明技術(shù)方案更好的保證了鐵塔整體的可靠性和整條輸電線路的安全運行。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例輸電鐵塔有限元模型示意圖；圖2為本發(fā)明實施例螺栓間隙說明圖；圖3為本發(fā)明實施例采用兩個普通螺母的雙帽防松型式示意圖；圖4為本發(fā)明實施例采用普通螺母配薄螺母的雙帽防松型式示意圖；圖5為本發(fā)明實施例方法流程示意圖；1-振動前輸電鐵塔有限元模型，2-發(fā)生一階振動后的輸電鐵塔有限元模型，3-上部普通螺母，4-下部普通螺母，5-連接板，6-壓力傳感器，7-上部薄螺母。具體實施方式下面結(jié)合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。實施例1：本例的發(fā)明提供一種輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估方法，考慮了大溫差環(huán)境對雙帽螺栓防松性能的影響，提出了螺栓橫向振動試驗頻率和振幅的計算方法，通過橫向振動試驗獲得大風(fēng)、大溫差工況下輸電鐵塔雙帽螺栓的預(yù)緊力時程曲線，實現(xiàn)大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估，與傳統(tǒng)的輸電鐵塔螺栓防松性能評估方法相比，考慮因素更為全面，試 驗邊界條件更接近輸電鐵塔真實的運行環(huán)境和運行狀態(tài)，具有更好的適用性和更高的精度。為達到上述目的，本發(fā)明所述方法包括如圖5所示，統(tǒng)計溫差范圍、確定螺栓節(jié)點振動頻率和振幅、制定防松性能試驗方案、獲得預(yù)緊力時程曲線和防松性能評估。通過統(tǒng)計輸電線路途經(jīng)區(qū)域的溫差范圍，分析大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔雙帽螺栓節(jié)點的動頻率、振幅，考慮普通螺母、薄螺母的上下位置關(guān)系和初始扭矩比例影響，采用橫向振動試驗確定大風(fēng)、大溫差工況下輸電鐵塔雙帽螺栓的預(yù)緊力變化規(guī)律，實現(xiàn)大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的準(zhǔn)確評估。1.統(tǒng)計溫差范圍根據(jù)輸電線路途經(jīng)區(qū)域的年平均溫度Ta、最低溫度Tmin和最高溫度Tmax統(tǒng)計值，以年平均溫度Ta作為輸電鐵塔施工溫度，確定輸電鐵塔螺栓施工溫度與運行溫度的溫差范圍。2.確定螺栓節(jié)點振動頻率和振幅建立輸電鐵塔有限元模型，如圖1所示，通過模態(tài)分析確定輸電鐵塔一階自振頻率f1。一階振動是輸電鐵塔風(fēng)致響應(yīng)最重要的分量，偏于安全考慮，以輸電鐵塔一階自振頻率f1作為螺栓節(jié)點橫向振動試驗的加載頻率。隨機選取10個螺栓節(jié)點(n＝10)，測量螺栓孔與螺桿的間隙值Δi，Δi為螺栓孔直徑d與螺桿直徑d0的差值如圖2所示，當(dāng)間隙平均值與間隙樣本值Δi的標(biāo)準(zhǔn)差σΔ不高于0.05mm時，采用間隙平均值作為橫向振動試驗的振幅；若標(biāo)準(zhǔn)差σΔ高于0.05mm時，繼續(xù)增加樣本數(shù)量n(以5個為單元遞增)，直到滿足要求為止。間隙標(biāo)準(zhǔn)差σΔ的計算公式為：3.制定防松性能試驗方案(1)根據(jù)步驟1獲得的輸電鐵塔螺栓施工溫度與運行溫度的溫差范圍，以10℃為間隔，確定螺栓橫向振動試驗的溫差工況數(shù)和各工況的溫差值。(2)螺栓橫向振動試驗的位移加載方式采用正弦曲線，根據(jù)步驟2確定的螺栓節(jié)點振動頻率f1和振幅不同時刻t螺栓橫向振動試驗加載位移的表達式為：(3)針對兩個普通螺母如附圖3所示、普通螺母配薄螺母如附圖4所示，兩種雙帽防松型式，考慮螺母上下位置關(guān)系和上、下螺母初始扭矩比例影響，根據(jù)步驟1、步驟2確定的溫差、頻率、振幅參數(shù)進行雙帽螺栓橫向振動試驗。對于普通螺母配薄螺母雙帽防松型式，試驗工況包括薄螺母在上和薄螺母在下兩種情況，試驗時先擰緊下螺母。下螺母扭矩Mb取對應(yīng)強度等級螺栓安裝扭矩的25％、50％、75％和100％，上螺母扭矩Mt取安裝扭矩。4.獲得預(yù)緊力時程曲線采用步驟3制定的輸電鐵塔雙帽螺栓橫向振動試驗方案，采用螺栓橫向振動試驗機進行各個工況下的螺栓橫向振動試驗，采用位于螺栓節(jié)點連接板下方的壓力傳感器如附圖4所示，測量橫向振動過程中的螺栓預(yù)緊力時程曲線F(t)。5.輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估根據(jù)步驟4確定的雙帽螺栓預(yù)緊力時程曲線，獲得雙帽螺栓發(fā)生松脫的時間T，確定溫差值、雙螺母位置關(guān)系和初始扭矩值比例對輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的影響程度，評估兩種輸電鐵塔螺帽型式的防松性能。雙螺母位置關(guān)系是普通螺母配薄螺母雙帽防松型式，試驗工況包括薄螺母在上和薄螺母在下兩種位置關(guān)系?，F(xiàn)應(yīng)用具體實例介紹采用上述方法進行大風(fēng)、大溫差區(qū)域輸電鐵塔雙帽螺栓防松性能的評估的過程。以220kV貓頭型輸電鐵塔為例，該塔采用6.8級M20普通雙母雙帽螺栓型式如圖3和圖4所示，螺栓安裝扭矩為100N·m。首先按照步驟1方法，統(tǒng)計得到輸電線路途經(jīng)區(qū)域的平均溫度Ta、最低溫度Tmin和最高溫度Tmax分別為10℃、－30℃和40℃，則該塔施工溫度與運行溫度的最大溫差為40℃。按照步驟2方法，建立220kV貓頭型輸電鐵塔有限元模型如圖1所示，通過模態(tài)分析確定輸電鐵塔一階自振頻率f1為1.88Hz，即螺栓節(jié)點橫向振動試驗的加載頻率取1.88Hz。隨機選取220kV貓頭型輸電鐵塔的10個6.8級M20雙帽螺栓節(jié)點，測得10個節(jié)點的螺栓間隙值如下表所示：樣本序號i12345678910間隙Δi(mm)1.651.751.701.751.701.651.801.751.701.6510個螺栓間隙的平均值為1.71mm，按照公式(a)計算得到螺栓間隙標(biāo)準(zhǔn)差σΔ為0.049mm，小于0.05mm的限值，因而確定雙帽螺栓橫向振動試驗的振幅為按照步驟3方法，采用步驟1統(tǒng)計分析得到的溫度及溫差范圍，以10℃作為雙帽螺栓的初始扭矩施加溫度，分別以－30℃、－20℃、－10℃、0℃、10℃、20℃、30℃、40℃作為橫向振動試驗的環(huán)境溫度，共8個溫度工況；采用步驟2確定的振動頻率和振幅，按照公式(b)設(shè)定橫向振動試驗的位移加載曲線為Δ(t)＝±1.71sin(3.76πt)。進行橫向振動試驗之前，先擰緊下螺母。下螺母扭矩Mb分別取25N·m、50N·m、75N·m和100N·m，上螺母扭矩Mt取螺栓的安裝扭矩(Mt＝100N·m)。按照步驟4方法，采用步驟3制定的輸電鐵塔雙帽螺栓橫向振動試驗方案，采用螺栓橫向振動試驗機進行各個工況下的螺栓橫向振動試驗，采用位于螺栓節(jié)點連接板下方的壓力傳感器如圖4所示，測量不同工況下雙帽螺栓的預(yù)緊力時程曲線F(t)。按照步驟5方法，根據(jù)步驟4確定的雙帽螺栓預(yù)緊力時程曲線，獲得雙帽螺栓發(fā)生松脫的時間T。當(dāng)螺母型式和扭矩比例一定時，根據(jù)不同溫差下 雙帽螺栓發(fā)生松脫的時間T，評估溫差對雙帽螺栓防松性能的影響；當(dāng)溫差一定時，根據(jù)上、下螺母扭矩取不同比例時雙帽螺栓發(fā)生松脫的時間T，評估上、下螺母扭矩比例對雙帽螺栓防松性能的影響。最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員盡管參照上述實施例應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3