[发明专利]一种螺栓连接点受力优化分析方法

说明书

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种螺栓连接点受力优化分析方法。包括考虑螺栓预紧力时的节点受力优化分析和考虑极限承载力时的节点受力优化分析。本发明针对500kV输电线路铁塔钢材及焊缝在低温条件下的机械力学特性进行研究，分析低温条件下螺栓连接节点的力学性能随温度的变化规律，分析加工工艺对输电铁塔塔材力学性能的影响规律；建立包含螺栓的塔材构件精细有限元模型，研究塔材构件上的应力分布情况，分析影响应力集中的因素，研究改善构件应力分布的方法，并优化塔材螺栓连接处的受力。本发明将极大提高输电线路工程的设计和建设水平，确保高寒地区输电线路的安全运行。

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种螺栓连接点受力优化分析方法。

背景技术

在我国严寒地区重要的超高压输电线路，线路大范围进入冻土及寒冻影响区，个别标段最低气温达到-45℃，这不仅使得工程施工面临较大挑战，而且直接影响着输电线路的安全运行。

在低温条件下，输电线路铁塔塔材容易发生低温脆性破坏，不同于一般铁塔的强度破坏，铁塔低温下的脆性破坏具有很大的危险性，低温脆性破坏时钢材没有明显塑性变形过程，具有很大的突然性，危险极大。随着输电工程的发展，尤其是特高压工程的推进，寒冷地区的超高压、特高压输电线路日益增多，铁塔在低温环境下的材料性能、结构性能问题已经开始日益受到关注。

对于极端寒冷地区，如何提高输电线路铁塔结构抵御自然灾害的能力，提高线路安全运行水平是一个重要的研究课题。输电铁塔节点多采用螺栓连接，作为铁塔结构的关键部位，其受力情况复杂，因此一直是结构设计过程中关注的重点。在低温情况下，塔材的材料性能会发生韧性和塑性降低现象，同时由于在塔材冲孔工艺开孔过程中，螺栓孔内表面存在微裂纹，成为裂纹源，从而容易导致脆断事故的发生。研究表明影响钢材力学性能和断裂韧性的主要因素有温度、化学成分、几何形状及尺寸、加工工艺和加载速率等。温度对钢材的力学性能有较大影响，钢材的强度随温度降低而提高，钢材的塑性和韧性随温度的降低而减小，因此在低温条件下，如何对合理选择钢材的设计强度显得尤为重要。目前针对低温条件下钢材的力学性能特征已经进行了大量研究，然而针对输电铁塔螺栓连接节点在低温条件下的破坏机理和过程的研究还很不充分。因此，研究输电线路杆塔材料的低温力学和韧性性能、螺栓连接节点的力学性能，防止铁塔结构发生低温脆断，提出杆塔材料的选材原则，在高电压等级输电线路工程中具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明提出了一种螺栓连接点受力优化分析方法，其目的是为了提高螺栓连接节点的受力，提高塔材构件的拉伸强度，提高输电线路工程的建设水平，确保高寒地区输电线路的安全运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种螺栓连接点受力优化分析方法，包括以下步骤：

步骤1：考虑螺栓预紧力时的节点受力优化分析；

步骤2：考虑极限承载力时的节点受力优化分析。

所述考虑螺栓预紧力时的节点受力优化分析，包括：在螺栓节点受力优化分析中，考虑螺栓的预紧力会对节点的拉伸过程产生影响，因此分别对单排螺栓节点和双排螺栓节点施加预紧力设计值的0%、50%、150%和200%的载荷进行节点拉伸试验；

所述对单排螺栓节点施加预紧力设计值的0%、50%、150%和200%的载荷进行节点拉伸试验；得出，节点的破坏形式均为螺栓剪断；节点的载荷-位移曲线基本重合，其中0%的预紧力设计值和40%的预紧力设计值载荷-位移曲线1-1节点和1-2节点的滑移过程较接近，且滑移载荷较小；150%的预紧力设计值和200%的预紧力设计值载荷-位移曲线1-3节点和1-4节点的滑移过程较接近，且滑移载荷相对较大；四根曲线破坏载荷基本一致，说明预紧力的不同除了影响节点的滑移载荷外，并没有对节点的最终破坏产生根本的影响，没有改变节点的极限承载力。