钢管结构法兰连接节点的应用与研究现状

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1、钢结构工程研究@《钢结构》2010增刊钢管结构法兰连接节点的应用与研究现状宗亮’士元清1右永久1丁大益2±木I嘏ie与耐A教目8t^实驻i．镕十太学L$Tn最．』匕m1000842iⅫIm**Ⅻ％＆．j匕京10cK]53提要：围内建筑行业发展迅猛．太跨、高层建筑培出不分。铡管结构以其独特的优越性能，在建筑工程中的应用只茄广泛．而沾兰连接作为钢管结托J一种重要的连接形止，其应用需求也随之大大增加。本文对钿结构法兰连接节点的应埘与研究现状进行了系统的介绍，总结r国内外相关醴计方法。史章最后指出了现千r研宄的成果。』不足，井对浊“连接节-_术米的研究打倒

2、作出展望。并提出研究方往的建议。关键词：钢管结构；洁2连接；撬JJ：屈服线1．引言钢管结构具有一系列独特的优越性能，如铡管截面的几何特性好，承载力较高、抗流体动力特性蚶、轻巧美观等。随着fq内建筑{『r,lk的迅猛发展，钢管结构仵塔桅工程、T业艘民用建筑丁程中的戍Hjl【益厂泛。法兰连接作为钢管结构的一种币要连接形式．其具有乐载性能好．制作、安装方便．外形简捷、美观等诸多优点，l捌此在结构工程领域的戍削需求也不断增加(第l章11图1)。国外对于法兰连接的研究和应川相对较早，在钢管结构-p使用法兰连接节点相对较多，但大都局限于恻管法兰连接。圜内咒，法

3、兰连接的研究土要集中在电力系统、管道容器等领域，在结构工程领域往征只应用丁_执要构件-h总的来讲，到目前为I{一，由于对法兰连接承载性能的了解不足，限制了法兰连接节点的推J_应用，很有必要对法兰连接的承载性能做进一步的研究。豫姻斟1钢管绵恂中常见的法兰连接节点基金项日：国家自然科学基金(No50778102钢结构工程研究⑧《钢结构》2010增刊法兰连接节点的分类根据法兰盘是否连有加劲肋，可将法兰连接节点分为柔性法兰连接和刚性法兰连接；根据节点连接管件的几何形状，可将法兰连接节点分为圆管法兰连接和方管法兰连接。将两种分类方式进行组合，便得到了法兰连接

4、的四种基本形式(图2)。DoDb一一6—百i产∥7．Dif‘一逐娑麟<≯怂群0菩7黎渗多0汁r～r、．、口、j／7I，＼n．气，》／、一卜j，0}一一c(a)圆管柔性法兰㈣圆管刚性法兰(c)方管柔性法兰(d)方管刚性法兰图2法兰连接节点的四种基本形式3．法兰连接节点的应用发展与现状从20世纪70年代(Rockcy和Griffiths(1970)11oJ)开始，国外开始对法兰连接进行研究，并将其推广应用。在化工、炼油等领域，法兰连接广泛用于管道拼接，这方面的技术已经十分成熟，目前已形成以美国标准和德国标准为代表的两套管道法兰设计体系【33】，美国So

5、nsub公司、挪威Acergy公司和瑞士的AllseasGroup公司等甚至在深海管道法兰连接方面拥有相关技术和产品[34】，并都有实际工程应用。在结构工程领域，由于国际管结构委员会(CIDECT)的推动，圆管法兰连接被广泛应用于管结构的拼接之中，日本建筑协会已经给出了相对完善的设计方法。但是，方管法兰连接的应用还相对较少。国内对法兰连接的研究较国外而言相对较晚，从20世纪80年代末才开始对柔性法兰进行研究。由于输变电结构中大量用到各种钢管结构，在钢管结构中，管节点的设计是至关重要的研究课题。法兰连接作为钢管结构的一种重要连接形式，因此首先在电力行

6、业中进行了大量研究，并制定了相关技术规定和规范。最早由华南电力设计研究院在1986年发表了《500kV变电钢管接头法兰盘的计算》。1988年，华东电力设计院在《法兰盘计算》嵋2J中，按照弹性设计方法，结合工程经验，给出了轴心受拉时柔性法兰板、焊缝和螺栓应力的计算公式。相关技术规定和规范，包括《高耸结构设计规范》【23】和《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL／T5154--2002)lz4]，对柔性法兰设计都采用了相同的设计方法，只是影响系数m有所不同。58钒结构『。程研究@《钢结构》2010增刊目前，囤内采用法兰连接的输电塔工程，较为典型的包

7、括500KV吴淞口大跨越塔、崖门大跨越塔、晋东南一南阳一荆门1000KV特高压输电线路汉江大跨越塔Ⅲ哗，其中所使用的管件尺寸和螺栓尺寸如裘l。表1工程中祛兰连接节点尺寸从表l后两个工程可以看出，随着输电塔高度的增加，主材钢管的连接法*承受的荷载也越来越人，所需法兰盘的尺、J和螺栓等级也随之增大。这引技了崮内对于大型刚性法兰的研究，大型月0性法兰即至少包含内外两圈螺栓的刚性法兰连接节点。研究表明，大型刚性法兰应保证法兰板、肋板有足够的刚度，尽量控制内外圈螺柃应力比在2．0左有B“。近期，风力发电的应用急剧增加，到2009年底，全国有22个省M市共建成

8、风电场239个，安装风电机组11638台，总装机容量12】7万干瓦。风力发电设备中，风电塔筒，用于支撑整个风力发电机组，是