[发明专利]一种可抑制涡激振动的钢管构件连接结构

说明书

技术领域

本发明涉及输电钢管塔结构，尤其是涉及一种输电塔结构中可抑制涡激振动的钢管构件连接结构。

背景技术

在常风速下，输电塔钢管构件横风向振动受卡门涡街控制，容易发生横风向反复振动，即涡激振动，钢管构件发生反复稳定的涡激振动时，节点处的焊缝易发生疲劳破坏，螺栓易松动脱落，导致结构失效。在输电塔结构施工过程中，通常采用单插板、U型插板、十字插板和法兰等方式连接钢管构件。对于单插板、U型插板，一般将插板水平放置以方便安装，但是经过工程实例和相关研究表明，此种节点存在较大缺陷，极易引起钢管构件发生涡激振动现象。

在电力行业规范中，抑制涡激振动的规定有限，并且缺乏实用性。我国行业规范《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》规定“钢管构件的起振临界风速，可根据钢管构件的长细比和两端连接情况由等直径钢管起振临界风速曲线(第一振型)求得，一般不小于15m/s”。根据输电塔的设计方法，结构采用桁架模型，即杆件两端为铰接节点，按照上述规定，钢管构件长细比不能超过87，即一定程度限制钢管构件的设计长度防止发生涡激振动。此限制过于苛刻，钢管构件不能发挥自有的性能优势，而且增加塔重，违背了线路建设的经济性要求。国外规范尚无计算钢管塔涡激振动的具体条款，英国规范建议对可能超过临界风速的结构应使用空气动力学组件构造措施来预防共振。没有清晰的规范条文作参考，工程设计中涡激振动问题无法准确考虑。

中国电力科学研究院杨靖波等(杨靖波，代泽兵，李清华.典型节点构造钢管构件的杆端约束与起振临界风速的确定.电力建设，2006，27(4)：37-40；杨靖波，李正，王景朝.特高压输电线路钢管塔微风振动防治.电力建设，2008，29(9)：10-13)也进行了一些研究工作，提出在钢管上设置螺旋形索圈、短肋等减小构件涡激振动，并进行了风洞试验。但这些经典的减振方法无法用在工程设计中，只能作为补救方法用于既有结构的涡激振动控制。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可抑制涡激振动的钢管构件连接结构，该连接结构利用插板截面抗弯刚度不对称性，保证横风向的抗弯刚度最大，可使钢管构件不发生稳定的涡激振动，减小反复振动引起的疲劳损伤，具有工程可行性和经济节能性。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种可抑制涡激振动的钢管构件连接结构，该连接结构应用于常风速环境下输电塔连接杆件的连接节点，连接杆件的端部为插板，通过插板连接在输电塔塔身的连接节点上，插板为截面抗弯刚度不对称的插板，插板截面的强轴平行于风的来流方向设置。

所述的插板为单插板或者U型插板，这种形式的插板截面上，顺风向抗弯刚度最小，横风向抗弯刚度最大，因此涡激振动的抑制效果最明显。

与现有技术相比，本发明利用插板截面抗弯刚度不对称性，保证横风向的抗弯刚度最大，可使钢管构件不发生稳定的涡激振动，减小反复振动引起的疲劳损伤，与传统设计思路中减小钢管构件的长细比相比，具有较高的工程可行性和经济节能性。

附图说明

图1为本发明应用于输电塔横担节点处的连接结构示意图；

图2为输电塔的示意图；

图3为插板截面的强轴和弱轴的示意图，其中(a)为单插板，(b)为U型插板；

图4为钢管构件涡激振动风洞试验的布置图；

图5为图4中A-A向的视图；

图6为图5中B-B向的视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种可抑制涡激振动的钢管构件连接结构，该连接结构应用于常风速环境下输电塔连接杆件的连接节点，连接杆件2的端部为截面抗弯刚度不对称的插板1，通过插板1连接在输电塔塔身的连接节点3上，搭建如图2所示的输电塔。

通过风洞试验，对插板型式的涡激振动抑制能力进行比较。试验采用七种不同规格的试件，分别如表1所示：

表1

其中S、U、C、F分别代表单插板、U型插板、十字插板和法兰连接，字母后的三位数字代表试件长细比，“-”后的数字代表连接螺栓数。

如图4、图5和图6所示，试验中，在钢管连接杆件2通过插板1安装转盘5的支座8上，连接杆件2截面中点处安放激光位移计6，用于测量连接杆件2横风向(竖向)位移响应和顺风向(水平向)位移响应，以及加速度传感器7用于测量顺风向加速度响应和横风向加速度响应。