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《风载作用下输电铁塔螺栓连接松动特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
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ClassifiedIndex:TM753U.D.C:621ThesisfortheMasterDegreeResearchonLooseCharacteristicsofBoltedJointUsedonTransmissionTowerUnderTheActionofWindCandidate：ChangXingyaSupervisor：Prof.GeYongqingSupervisor：FengYantingSchoolofEnergyPower&MechanicalSchool：EngineeringDateofDefence：March，2015Degree-Conferring-Institution：NorthChinaElectricPowerUniversity 摘要摘要螺栓连接由于拆装方便、利于检修等诸多优点，起着连接塔材的作用，广泛应用于输电铁塔上，其连接的可靠性直接关系到输电线路的安全运行。所以，螺栓连接的机械性能十分重要。然而，输电线路在风载作用下，伴随着导线的振动甚至舞动，输电铁塔要承受各种动态载荷，塔身角钢所受轴力交错变化，易引起铁塔节点螺栓连接的松动甚至脱落，这将严重影响铁塔的稳定性，输电线路的安全可靠运行也将受到威胁。目前，关于风载作用下输电塔的研究主要集中在风振响应以及控制上，对铁塔螺栓连接的松动特性研究还比较匮乏。所以，开展风载作用下输电铁塔螺栓连接松动问题的研究很有意义。本文以河北南网某输电线路42米猫头塔为工程对象，对处于风荷载中铁塔螺栓连接的松动问题进行了研究，主要研究内容为：提出强风倒塔的重要原因之一为螺栓连接的松脱导致连接刚度不足；通过拉力试验，得到镀锌角钢连接件之间的最大静摩擦力；应用MATLAB进行不同高度风速谱模拟，并通过ANSYS对铁塔模型进行静风、脉动风下的力学分析，得到风载作用下塔身角钢之间发生滑移错动的条件，认为铁塔角钢的轴向受力变化是引起螺栓连接处发生错动，进而导致松动的原因；针对这一原因，利用螺栓连接振动试验装置，对连接件施加循环激励，模拟塔身角钢在脉动风作用下的受力，记录不同实验条件下螺栓连接发生松动的振动次数，发现了一系列规律，同时提出了预防螺栓连接过早松动的措施。关键词：风载；输电线路；螺栓连接；振动；防松I AbstractAbstract:Largenumbersofboltedjointsareusedontransmissionlineswhosefunctionaretowercomponents’connectionbecauseoftheiroutstandingexcellency.Boltedjoints’securitydeterminesthetransmissionlines’safety.Sothemechanicsperformanceoftheconnectionisdeemedtoveryimportant.However，transmissionlinesaresufferingtowindloadtogetherwiththevibrationoflinesinnatureandenduringvariousdynamicloads，whichcanresultinloosingofboltedjointsanddesquamationeven.Thosewillbadlyaffecttower’sstability，andtransmissionlines’functionwereaffectedtoo.Atpresent，researchabouttowerinwindloadfocusedonvibrationresponsesandcontrolment，andvibrationresponseonboltedjointswaswentshortof.Soit’sverysignificativetoresearchit.Inthispaper，madesomeresearchbasedononecertain42meterstowerthatlocatedtosouthofHEBEIprovince.Themajorcontentofthisarticleconcludes:Putforwardoneoftheimportantreasonthatleadtotowers'collapseisstiffnessdroppedbadlycausedbyboltconnectionlooseness.Throughthetensiletest,wegotthemaximumstaticfrictiongalvanizedbetweentwoanglesteelsthatusedontower;SimulateddifferentheightwindspeedspectrumbyMATLAB.AndthroughthetowermodelwecarriedonstaticanddynamicsmechanicsanalysisofwindbyANSYS,andgainedconditionsthatcausedsleepbetweenanglesteels.Forthisreason,wedevelopedsomevibrationexperimentsonvibrationcharacteristicsandmechanicsmodelandweanalyzedloosingstatusofboltedjointsunderdifferentconditions,thenputforwardsomemethodsforanti-loosingbasedonvibrationexperimentsonboltedjoints.Keywords:boltedjoint;windload;transmissionlines;vibration;antilooseII 目录目录摘要.......................................................................................................................IAbstract:.................................................................................................................II第1章绪论..........................................................................................................11.1课题研究的背景及意义.........................................................................11.2铁塔螺栓连接松动特性的研究现状.....................................................31.2.1国内研究现状..............................................................................31.2.2国外研究现状..............................................................................41.3本文研究目的和创新点.........................................................................51.4论文主要工作.........................................................................................6第2章塔身角钢振动形式分析..........................................................................72.1引言.........................................................................................................72.2研究背景.................................................................................................72.3塔材振动对螺栓连接的影响.................................................................92.3.1振动与松动的关系......................................................................92.3.2松动的螺栓连接对连接件的影响............................................102.4角钢连接件摩擦力计算.......................................................................112.5本章小结...............................................................................................13第3章风对铁塔和铁塔螺栓连接的影响........................................................143.1引言.......................................................................................................143.2风速时程模拟........................................................................................143.2.1风荷载特性................................................................................143.2.2基于AR法的脉动风速时程模拟............................................153.2.3实测风速谱................................................................................173.3有限元模型建立...................................................................................183.3.1模型参数确定............................................................................183.3.2模型可靠性验证........................................................................203.4静风作用下铁塔角钢轴力计算...........................................................203.5脉动风作用下铁塔角钢轴力计算.......................................................223.5.1脉动风加载................................................................................223.5.2脉动风对铁塔塔身主材轴力的影响........................................233.5.3瞬间脉动风对铁塔塔身主材轴力的影响................................26III 目录3.5.4导地线摆动或风向变化对铁塔主材轴力的影响....................253.6小结.......................................................................................................28第4章铁塔螺栓连接振动实验研究................................................................294.1引言.......................................................................................................294.2实验系统介绍.......................................................................................294.2.1试验台构成................................................................................294.2.2工作原理及使用过程................................................................314.3螺栓连接松动特点...............................................................................334.4不同条件下螺栓连接振动试验分析...................................................344.4.1相同振幅、扭矩，不同频率振动情况对比............................354.4.2相同振幅、频率、扭矩，单母和双母对比............................354.4.3普通螺母三次拧紧对比............................................................354.4.4不同扭矩对比，涂漆和不涂漆对比........................................364.4.5螺栓端面锤击与不锤击对比....................................................364.4.6普通螺母与防盗螺母对比........................................................374.5螺栓连接松动现象分析.......................................................................384.5.1单母螺栓连接松动现象分析....................................................384.5.2双母螺栓连接松动现象分析....................................................384.5.3防盗螺母螺栓连接松动现象分析............................................394.6螺栓连接松动预防...............................................................................394.6.1通过提高预紧力进行防松........................................................404.6.2通过端面锤击进行防松............................................................414.7本章小结...............................................................................................42第5章结论与展望............................................................................................435.1结论.......................................................................................................435.2展望.......................................................................................................44参考文献..............................................................................................................45致谢......................................................................................................................48IV 华北电力大学硕士学位论文第1章绪论1.1课题研究的背景及意义输电铁塔作为架空导线支撑物，广泛应用于输电线路中，铁塔的安全与否直接关系到输电线路的安全稳定运行。随着用电负荷的增加，国家电网公司每年都要新建一批输电线路，并且特高压输电已经提上日程并处于加速建设期。近几年国家电网公司在运部分电压等级架空送电线路统计如下表1-1：表1-1国家电网公司部分在运线路年份电压等级(kV)回数回长(km)杆塔基数10002639.41284±80011890.539387505910142.6162852012.6500125195120.51904312208939222116.3554261合计10252329909.3766199100081935.62518±80036141.2131467507813117.5238092014.65001462108279.021591822010609258050.9649745合计12160387524.2905136由上表可以看出，国网公司在运输电线路里程数、杆塔使用数量两年内增加的数量非常大，尤其是杆塔使用数量，在这几种电压等级下的杆塔数目，两年内增加了近14万基。若考虑110kV以及其他电压等级的输电线路，杆塔使用数目增量会更大[1][2]。输电线路处于强风环境下会发生摆动，当满足覆冰等一定的气象条件时，甚至会发生导线的舞动。电气方面，会造成相间闪络甚至产生鞭击，绝缘子串的风偏可减小导线挂点与杆塔间电气间距，进而发生闪络；机械强度方面，会导致塔身应力增大，造成杆塔破坏。由于强风导致的输电铁塔倒塔现象时有发生，特别是随着恶劣气候增加，倒塔呈增加趋势。全国各省份均存在倒塔事故案例，2013年8月4日，陕西境内330kv榆绥线受强风气候影响，由于瞬时风速超过线路最大设计风速，造成N35—N40连续档，N46共7基铁塔倒塌，倒塔形态为垂直于线路方向，如图1-1所示。1 华北电力大学硕士学位论文图1-1330kv榆绥线倒塔图河北南部电网仅从2009年至2011年8月就发生倒塔事故9起倒塔36基，2010年2月28日，河北境内500kV同塔双回线路辛聊线，受强风气候影响，导线发生舞动，幅值约为3~4m，频率约为1次/秒，铁塔小横担有摆动现象，现场风速为10m/s。N100耐张铁塔B相撕裂落地，耐张塔螺栓松动严重，风致耐张塔横担撕裂的现场图片如图1-2所示。图1-2铁塔事故失效的螺栓连接图中1、2为强风扯断的横担，横担的撕裂是由于导线的舞动引起横担螺栓松动脱落，刚度降低，主材在疲劳应力作用下形成疲劳破坏并扩展最后撕裂；4为松脱的螺栓，从螺纹形貌可以看出，铁塔在风载作用下，塔材的相互错动导致螺纹副产生永久变形，螺栓松脱；3和5为发生反复滑移错动的角钢对螺栓造成冲击导致螺栓根部出现明显的塑性变形。2011年6月23日，河北境内110kV常增线由于强风天气导致倒塔共十基，分别为：N3~N6、N10~N14、N22，倒塔方向均为垂直于线路方向，其中N3、N4、N5倒塌形态如图1-3所示。图1-3常增线风致多塔倒塌形态从以上倒塔现象来看，除风速过大超过设计风速造成倒塔外，另一个重要的2 华北电力大学硕士学位论文原因为塔材连接关节处长期处于风载作用下导致的螺栓孔开裂、螺栓松动脱落，进而导致铁塔结构刚度不足、塔身段严重失稳。输电线路对风荷载十分敏感，风荷载被公认为是输电线路设计的控制荷载。高柔性的输电线路在风荷载作用下，铁塔构件易发生疲劳破坏，导致铁塔塔身结构失稳而造成铁塔横腰截断甚至整体倒塌。通过分析河北南网几次倒塔事故，认为其根本原因为风载作用下螺栓连接松动甚至脱落，导致铁塔刚度严重下降，进而导致强风倒塔。对于输电塔结构，螺栓连接是使用最广泛的连接方式，在长期的风荷载引起的结构振动中，螺栓连接点会产生松动或螺栓孔裂缝，如不及时发现，则会进一步造成损伤的扩展，在强风作用下甚至会引起铁塔的倒塌。因此，研究由螺栓进行连接的铁塔角钢在风荷载作用下的力学特点，并在此基础上针对性地提出螺栓防松脱技术措施，对铁塔的安全性评估和保障输电线路的安全运行，具有重要的工程意义。1.2铁塔螺栓连接松动特性的研究现状螺栓连接在机械行业普遍存在，松动问题的研究也得到了很多有益的结论，但多集中在机械行业。而类似于输电铁塔以及其他高耸格构式结构的螺栓连接松动问题研究的还比较匮乏。1.2.1国内研究现状螺栓连接用于连接两个或两个以上构件，其使用简单、品种多样，在机械行业、电力行业等领域广泛应用。连接的失效形式有多种，比如铰制孔用螺栓因剪切力引起的挤压失效；普通螺栓连接在承受过大拉力后引起螺栓杆伸长，螺纹副承受过大压力导致压溃；循环荷载作用下，交变应力引起的螺栓疲劳裂纹甚至断裂，引起连接的夹紧力下降以致连接松动、松脱等。由螺栓松动等引起的连接失效问题，以及失效后的状态识别问题，我国学者做了大量研究，王怡、闫航瑞等针对振动环境下螺栓连接的声发射信号，提出了用声发射信号识别螺栓连接结构状态的方法[3][4]。傅俊庆等从微观层面分析了螺栓连接的接触面的接触特征，提出了螺栓连接轴向振动的力学模型[5]。张言利用螺栓连接的法兰盘模拟振动环境中螺纹连接在不同预紧力下的松动问题，对振动环境下螺纹连接松动的信号进行时域分析，将测试信号与参考信号间的标准差作为判断连接松动的依据[6]。关于螺栓连接的振动特性方面，陈学前、冯加权等[7]对螺栓连接系统进行不同基础激励，得到螺栓连接的固有频率和相对阻尼系数，通过和理论模型计算结果3 华北电力大学硕士学位论文进行比较发现和实验结果相差较小，提出了能够较好的描述螺栓连接的振动特性的非线性方程。吴敬伟[8]利用实验和有限元法相结合的方法对接触系统的非线性振动特性进行了研究。对实验和数值仿真获得的振动信号进行时域分析以及频域分析，获得信号的频谱分布，根据频谱来分析和总结系统振动频率的变化规律。几位学者对处于振动环境中的螺栓连接的振动特性做了细致的研究，但没有提到振动问题对连接的松动失效造成何种程度的影响。输电线路中的每一基铁塔几乎都有大量螺栓连接，处于风场中的铁塔时刻处于振动状态，尤其是强风作用时，铁塔振动更为严重。关于风场中铁塔的振动问题研究的较多，如肖正直等利用脉动风、地震波作为塔线体系模型激励，对大跨越塔线体系进行了动态响应分析[9]-[11]。李喜来等建立了塔线体系空间有限元模型，利用振动模态识别技术提取出了塔架结构基频及其振型，采用白噪声激励大跨越输电塔线体系，得到了考虑导、地线作用下输电塔动特性[12]。楼文娟、孙炳楠等以椒江大跨越直线塔为原型，设计制作了全塔气动弹性模型，并进行了风洞试验，获得了风振响应等重要结果[13]-[15]。杨靖波等人以2007年7月河南郑祥线倒塔事故为依据，详细介绍了输电线路塔线体系在强风作用下的动态响应，利用ANSYS有限元分析软件建立了六塔七线塔线体系有限元模型，分别对不同角度风荷载作用时进行动态分析，得到90度大风工况下的荷载是塔线设计时的控制荷载[16]。处于风场中的铁塔振动问题研究较多，但均没涉及铁塔的振动对角钢螺栓连接松动有何种影响。华北电力大学的江文强博士等人选用通用设计中的5A-ZB3型输电铁塔，考虑螺栓连接滑移的影响，采用简化的螺栓连接滑移模型，研究多种工况下连接滑移对铁塔内力及位移的影响。并建立了考虑节点滑移和不考虑节点滑移两种不同的模型，分别进行了内力分析、位移分析。指出当铁塔受到以弯曲为主的荷载作用时，螺栓连接滑移对整个铁塔的变形影响不大，但是当整个铁塔以扭转为主的荷载时，螺栓连接滑移对整个铁塔变形影响很大[17][18]。虽然对铁塔角钢的滑移错动做了详细的研究，但只是研究的滑移错动对铁塔整体变形的影响，并没有研究角钢的滑移对螺栓连接松动有何种影响。1.2.2国外研究现状关于螺栓连接的松动问题，国外学者M.D.Tod提出了多种螺栓连接失效形式，如松动、滑移、疲劳引起的裂纹、由于腐蚀引起的破坏等[19]，而T.Yokoyama则通过多个实例以及实验证明了大多数螺栓连接失效是由于松动引起的[20]。在螺栓连接的松动的研究方面，R.I.ZADOKS则对横向振动条件下螺栓连接的松动特性进行了深入研究，提出了接触刚度的概念，并在此基础上对受横向激励的螺栓连接建立了两自由度的动态模型，根据静态和动态实验结果，找到了松动的主要原因和松动过程，为有效预测和预防螺栓松动提供了很好的依据[21]，同样，FeblilHuda4 华北电力大学硕士学位论文针对螺栓松动情况，利用激光激发的振动试验对螺栓松动进行监测，并且对比了仿真和实验结果，证实了螺栓连接模型和松动监测手段的有效性和实用性[22]，Junker提出螺栓连接横向动态剪力以及初始夹紧力产生的松动转矩是影响螺栓松动的重要原因，提出螺母的相对转动是连接松动的必要条件[23]，在此之后，Sakai基于Junker的假设进行了理论分析，认为动荷载作用下摩擦面的微动磨损和螺纹副的塑性变形是造成螺栓夹紧力损失的原因[24]。Yamamoto和Kasei针对外荷载和初始预紧力作用下螺栓螺母的相对转动现象，提出了基于两阶段松动理论的螺栓连接相对滑动量化模型，广泛应用到了螺栓连接松动的研究中[25]。同样，MingZhang等针对横向循环荷载下螺栓连接自行松动问题，提出螺栓在动荷载作用下的松动分为初期松动和后期加速松动两个阶段[26]-[30]，并且认为松动的初期阶段是由于材料的变形引起的，没有螺母的转动，而后期阶段螺栓螺母出现转动并加速松动。国外关于输电线路相关领域的研究较早，具体到铁塔振动问题引起螺栓连接的松动问题的研究也较少，N.Ungkurapinan[31]提出输电铁塔中螺栓连接的滑移概念，以及这种现象在输电铁塔中的普遍存在性，指出了螺栓连接件以及螺栓上的镀锌表面的摩擦系数较低，并且通过做36组对比试验记录了滑移数据，并建立了数学模型。指出滑移现象是不可避免的，但是如果能够对连接滑移进行控制，滑移现象也有可能对螺栓连接有益。并提出影响螺栓连接滑移的几种因素，并确定了滑移和变性行为的数学描述。Daadbin和Chow针对冲击作用下螺栓连接的松动问题，用一个质量弹簧模型研究并得到造成连接松动的原因是连接共振使螺纹副不断分离和接合[32]，这一点在本文实验研究中得到了验证，并提出预防振动环境下连接松动的一些措施。Koga和Isono[33]针对螺栓的自行松动，从轴向冲击摩擦方面，认为荷载产生的压力波会在螺栓杆内不断传播和反射，形成动态的拉力、压力降低了连接夹紧力，从而引起连接松动。螺栓连接同时承受横向荷载和轴向冲击作用时的连接松动问题，在本文螺栓连接横向振动试验中同样得到验证。1.3本文研究目的和创新点随着我国特高压电网的加速建设，输电铁塔使用量呈倍数增长，塔身构件连接的可靠度要求也越来越高，保证螺栓连接不失效能够很大程度提高铁塔的整体稳定性。本人在他人对处于风场中铁塔振动特性的研究基础之上，对风载作用下输电铁塔螺栓连接的松动特性进行了深入的探讨，以期得到螺栓连接的松动规律，提出可靠的预防铁塔螺栓连接松动的措施，达到提高处于风场中输电铁塔稳定性的目的。目前，对螺栓连接松动等失效问题的研究主要集中在机械行业，对于输电铁5 华北电力大学硕士学位论文塔，大多数是关于铁塔的振动特性方面的研究，螺栓连接的松动问题研究比较少。本文结合风速时程模拟，铁塔在脉动风下的塔身轴力变化，塔身角钢与角钢之间摩擦系数测定实验，以及螺栓连接振动试验等多种途径，研究了铁塔角钢螺栓连接的松动问题。1.4论文主要工作本文对振动环境下螺栓连接的松动问题进行了简要阐述，介绍了输电铁塔的振动引起塔身角钢连接振动以及松动的过程；使用MATLAB对脉动风进行模拟，并用实测进行验证，使用ANSYS有限元软件对铁塔进行静力学、动力学计算，得到使塔身角钢发生振动的几种情况；使用紧固件振动试验台进行螺栓连接振动试验，总结松动规律，提出有效的放松措施，具体内容如下：(1)介绍了螺栓连接振动问题，以及振动环境下螺栓连接松动问题研究背景及动态；(2)提出强风倒塔的重要原因之一为螺栓连接的松脱导致连接刚度不足，而通过螺栓进行连接的角钢之间发生反复错动是松动的诱因；(3)简述了风场中铁塔的振动问题，以及塔身振动与塔材螺栓连接松动的关系，以及松动后的螺栓连接对连接件造成的影响，针对由螺栓进行连接的铁塔角钢进行摩擦系数测定，结合所选铁塔结构特点计算塔身角钢链接之间的最大静摩擦力；(4)应用MATLAB进行不同高度风速谱模拟，并通过ANSYS对铁塔模型进行静风、脉动风下的力学分析，得到风载作用下塔身角钢之间发生滑移错动，致使塔材处于振动状态，和最易使螺栓连接节点处出现滑移错动的几种情况；(5)简述了螺栓连接振动试验装置，对输电铁塔常用的6.8级M20螺栓进行振动试验，给出不同条件下螺栓连接的松动情况，记录螺栓连接的松动过程，通过对比不同条件下螺栓连接松动次数，提出有效的防松方法。6 华北电力大学硕士学位论文第2章塔身角钢振动形式分析2.1引言在不考虑螺栓材料的弹性变形、塑性变形等情况时，螺栓连接在静力作用下处于静止状态，很难发生松动。连接的松动大多伴随着振动问题，尤其是连接件承受交替的轴向力、横向力、以及倾覆力矩等复杂受力行为时，导致螺栓连接处于振动状态，易引起连接松动。铁塔塔身构件一般用螺栓进行连接，风载作用下，伴随着铁塔的整体振动，塔身轴力将发生变化，尤其是当风向变化或导、地线舞动时，塔身角钢会在受拉与受压之间交替变换，造成螺栓连接处于振动状态。输电铁塔在风载作用下的振动形式，以及塔身角钢螺栓连接方式如图2-1所示。图2-1铁塔摆动及角钢连接本章对铁塔常用的L120×10镀锌角钢连接件进行拉力试验，计算角钢连接件之间的最大静摩擦力，总结螺栓夹紧力与塔材摩擦力之间的关系。2.2研究背景本章以河北南网邢台境某输电线路工程的N12、N13两基铁塔为工程对象，其中N13为呼高42米的直立式猫头塔，连接42米的直立式猫头塔N14；N12为呼高27米的干字形转角塔，连接39米的直立式猫头塔N11。7 华北电力大学硕士学位论文铁塔角钢采用普通螺栓连接，角钢材质等级为Q345和Q235，螺栓多采用6.8级M20和M16螺栓连接两种规格。铁塔塔腿以及塔身部分主材连接采用普通螺母和防盗螺母双螺母连接，即起防盗作用，也起一定的防松作用。塔材之间的连接节点呈多样性[34]-[36]。本例铁塔主材和主材之间、主材和斜材之间、斜材和斜材之间、斜材和辅材之间的连接分别如图2-2a)、b)、c)、d)所示。两种塔型所用角钢、螺栓以及脚钉等构件的型号参数以及重量见表2-1。a)b)c)d)图2-2角钢螺栓连接形式表2-1铁塔所用材料汇总脚钉等铁塔螺栓/kg角钢/kg钢板/kg总重/kg构件/kg型号M20M16Q235Q345Q235Q34542米246.9310.75292.23493.2434.3554.953.310326猫头塔27米154.6278.13006.52119.8359.8467.235.96379.4转角塔该线路采用导线型号为2×LGJ-400/35，最大使用张力39.48kN；地线型号为JLB40-150，最大使用张力30.2kN。线路水平档距500m，垂直档距650m，设计最大风速为30m/s，由于导线、地线、绝缘金具等的垂直荷载主要由各自重量构成，而风荷载只是对上述结构进行横向力的加载，所以，各种风速下三者垂直荷载不变，只是横向风作用下的水平荷载在风速30m/s的基础上有所减弱。根据结构所受风压基本公式：2V2W=kN/m(2-1)01600结合设计图纸给出的最大风下导、地线，以及绝缘子、金具所受水平荷载，可以推测出在不同风速下，导线、地线、绝缘子及金具所受的水平荷载和垂直荷载，列于表2-2。8 华北电力大学硕士学位论文表2-2导线、地线及金具荷重水平荷载/N垂直荷载/N风速m/s导线绝缘子及金具地线导线绝缘子及金具地线301476098055741890720005950251025068138711890720005950206560436247718907200059501536902451394189072000595010164010961918907200059502.3塔材振动对螺栓连接的影响2.3.1振动与松动的关系振动环境中影响螺栓连接松动的因素有振动幅值和振动频率，风载作用下，角钢连接本身都伴随着不同程度的横向和轴向振动，究其根本均是外界力导致螺栓连接螺纹副间传力性能的变化。振动环境下的螺栓连接松动主要从以下几方面进行解释：(1)螺母拧紧前，靠抵抗螺纹副之间和螺母与连接件之间的摩擦力达到一定扭矩，拧紧后，螺纹副间的自锁功能又能够一定程度上抵制螺母自身的松动，而振动会减小这两种摩擦力，使其失去抵抗自身松动的能力。(2)拧紧后的螺栓连接能够紧密联结被连接件，使其不被分离，而与此同时螺栓杆又承受非常大的拉力，会对螺纹副产生一定的反作用力，振动环境下，振动的幅值越大，受力反复变化的幅度也就越大，易造成连接松动。(3)风载作用下铁塔塔材所承受的轴力受风的大小和方向的影响，也会随时间变化，时而受拉、时而受压。当塔身主材所承受的轴力大于主材连接节点处的最大静摩擦力时，由于螺栓孔间隙的存在，螺栓连接件将不可避免的发生滑移错动。随着滑移量的增加，铁塔整体的摆动幅值也会被放大。连接件在受到循环往复的激励时，当激励力大于螺栓预紧力产生的最大静摩擦力时，连接件发生滑移错动，致使此处螺栓连接处于振动环境中，如图2-3所示。a)变形前b)受压变形后c)受拉变形后图2-3螺栓连接变形前后剖面图图中d为螺栓杆直径；d0为螺栓孔径；d1、d2分别为两连接板变形后的螺栓孔径。螺栓连接振动幅值依托设计规范以及角钢材料力学特性计算，若忽略螺栓杆9 华北电力大学硕士学位论文弯曲变形，螺栓连接的总变形量为：U=d1+d2-d-d0+l1+l2=(d0-d)+(d1-d0)+(d2-d0)+l1+l2=Δs+u1+u2+l1+l2=Δs+u+l1+l2(2-2)式中，u1、u2分别为两孔壁的变形；l1、l2分别为两连接板的变形；Δs为螺栓杆与螺栓孔的间隙。由此可见螺栓连接的变形由螺栓杆与螺栓孔的间隙Δs、孔壁变形u、连接板变形l三部分组成。根据设计规范，输电塔中的螺栓杆径与螺栓孔径的差值为1.5～2.0mm。沿横向力方向，螺栓杆与螺栓孔之间的间隙则在0～2mm之间，若考虑风作用下连接件所受弯矩引起的弯曲变形、螺栓连接长时间受剪切力作用、以及冲击力造成的螺栓以及孔壁塑性变形，则会引起螺栓连接的总变形量进一步加大。类似于输电铁塔等格构式结构，振动环境下往往对螺栓连接造成横向动态剪力和轴向动态拉力作用。横向动态剪力是构成螺栓松动的主要原因[37]-[39]，而松动会致使塔材之间的连接性能逐渐退化，当松动发展到一定程度时，连接则会失效，大大降低杆塔结构稳定性。当塔材和连接角钢之间的夹紧力下降到一定程度，较小的轴力变化就会引起连接界面发生滑移错动，致使螺栓杆和螺栓孔内壁频繁接触。加之脉动风作用下塔材轴力的交替变化，会对螺栓杆和孔内壁造成冲击，螺栓连接由摩擦型螺栓连接转为承压型连接来承受外载荷，这对普通螺栓连接来说，无疑是增大了疲劳破坏和连接松动的可能性。2.3.2松动的螺栓连接对连接件的影响铁塔塔身角钢螺栓连接一旦出现松动，连接件的刚性则迅速下降，在强风作用下，螺栓杆将不停地冲击螺栓孔内壁，造成螺栓杆和螺栓孔严重的塑性变形，螺栓连接的振动幅度也会相应的增加，造成螺栓杆相对于螺栓孔的活动量进一步加大，持续的强风作用很容易造成螺栓连接脱落，甚至造成连接杆件断裂。角钢与角钢、角钢与连接板之间发生错动，对螺栓连接造成的影响如图2-4所示。图2-4松动的螺栓连接10 华北电力大学硕士学位论文2.4角钢连接件摩擦力计算强风作用下，塔的左右摆动将使铁塔螺栓连接部分处于振动状态，会造成连接节点处角钢和角钢之间相互错动、角钢和螺母之间相互错动，而抵抗这种错动行为的力就是由多个螺栓连接的夹紧力产生的摩擦力，包括塔身角钢和角钢之间的摩擦力、螺母(垫片)和连接角钢之间的摩擦力等。塔材之间的摩擦力由单个或多个螺栓连接的夹紧力形成，螺栓连接一旦发生松弛，夹紧力就会快速下降，进而造成塔材连接承载能力下降。螺栓连接松弛的原因分静态松弛和动态松弛，静态松弛主要是连接件弹性变形；动态松弛主要是连接件的弹性错动和滑移错动，而连接件的频繁滑移错动最易造成螺栓松动。利用万能拉力试验机，对铁塔常用的6.8级M20镀锌螺栓、L120x10镀锌钢板进行钢板之间螺栓夹紧力与塔材摩擦力关系的研究，实验方案如图2-5所示。图2-5钢板之间螺栓夹紧力与塔材摩擦力关系实验M通过多次实验，按照公式µ=t，Mt为扭矩(N·m)，P0为一定扭矩下产aP×d0生的夹紧力，得到不同使用情况下的螺栓拧紧力系数µ，列于表2-3。按照公式aµs=F，得到钢板间摩擦系数µ在0.71～0.77之间。Ps0表2-3拧紧力系数µ测定a试验编号扭矩保持时间/s使用情况拧紧力系数1不保持旧螺栓0.495230旧螺栓0.4753120新螺栓0.3654120旧螺栓、抹黄油0.1155300～1200旧螺栓0.4106300～3000新螺栓0.29011 华北电力大学硕士学位论文《机械设计手册》中给出拧紧力系数约为0.2，与实际测量值离散性较大，本文以实际测量为准。该塔塔身24～30米高的主材角钢接头，以及接头处螺栓的排列如图2-1所示。图2-1a、b处，主材和斜材连接为K型节点，主材和主材连接则通过接头进行连接，接头处上下两端各6个6.8级M20螺栓，而塔身主材和斜材之间、斜材和斜材之间通常为单个螺栓连接。假定接头下端固定，则角钢之间的最大静摩擦力为：MtF=n×P×µ=n×µ×(2-3)0ssµ×da通过公式（2-3）计算试验3和6两种情况下，当扭矩为100N·m、120N·m时，接头处6个螺栓连接的主材之间和单个螺栓连接斜材角钢之间的最大静摩擦力F，列于表2-4。表2-4最大静摩擦力计算编扭矩保持时使用情扭矩拧紧力最大静摩擦力F/kN号间/s况/N·m系数主材之间主材斜材之间10058.4～63.39.7～10.63120新螺栓0.36512070.1～76.011.7～12.710073.4～79.712.2～13.36300～3000新螺栓0.29012088.1～95.614.7～16.0从表中数据可以看出，拧紧螺母时保持预定扭矩时间越长，塔材之间所形成的最大静摩擦力就越大。螺栓连接的荷载—变形曲线如图2-6所示。a)理论曲线b)实际测量曲线图2-6螺栓连接的荷载—变形曲线图2-6a）为对连接件进行拉伸试验的理论变形曲线，b）为本次连接件拉伸试验实际变形曲线，两者表现出相同的规律，且变形量和位移之间的关系曲线可分为三个阶段：第一阶段：钢板弹性变形阶段，在力逐渐加大的同时，逐渐接近钢板之间的12 华北电力大学硕士学位论文最大静摩擦力，直到大于最大静摩擦力，钢板发生错动；第二阶段：平台内外力并不随着变形量的增加而增加，该阶段由螺栓和螺栓孔之间间隙引起。该阶段钢板之间平稳滑移，直到螺栓孔内壁接触到螺栓为止；第三阶段：螺栓限制了连接件滑移，受剪切力作用，钢板承受拉力，螺栓孔承受压力，继续弹性变形。2.5本章小结本章介绍了所研究铁塔的各项参数，根据最大设计风速下导、地线，绝缘子及金具所受风荷载，推算出其他风速条件下所受风荷载；介绍了铁塔角钢螺栓连接形式、角钢螺栓连接振动特点，以及振动与螺栓连接松动的关系；利用拉力试验机进行了角钢链接之间的摩擦力测定实验，得到该塔塔身部分角钢连接件之间的最大静摩擦力。13 华北电力大学硕士学位论文第3章风对铁塔和铁塔螺栓连接的影响3.1引言高压输电线路具有显著的高柔特性，其自振频率较小，对风荷载十分敏感。在多风区，风荷载的作用又十分频繁且具有很强的随机性，造成实际工程中由风力引发的灾害比较多。本节采用软件模拟得到所需要的风速时程，并利用实测风速功率谱进行验证，结合ANSYS力学分析，采用时域法，得到塔身主材单元在静风、脉动风下的轴力变化情况，通过轴力的交替变化来反映塔身角钢螺栓连接的振动状态，提出塔身角钢连接处轴力交替变化是造成螺栓连接发生松动的诱因，并结合第二章摩擦力测定实验，得到使塔身角钢连接之间发生滑移错动的几种情况。3.2风速时程模拟3.2.1风荷载特性风荷载是空气流动对工程结构所产生的压力，对于塔线结构而言，主要考虑近地风的运动及对其结构的影响。近地风通常分为平均风和脉动风两部分，任意高度处风速可表达成平均风速和脉动风速之和：_v(h,t)=V(h)+v(h,t)(3-1)f平均风速随高度变化，以十米高处风速为参考，离地面高度h米处的平均风速可表达成：__hαV(h)=V10×（）(3-2)10__式中，V(h)为线路设计高度h处风速；α为地面粗糙度系数；V10为10米处平均风速。Davenport脉动风荷载功率谱密度函数是基于多次强风记录的谱分析得到的，其密度函数如下所示：_x2Sii(f)=4×α×V1024(3-3)f(1+x)3_2式中，α为地面粗糙度系数；x=1200f/V；f为脉动风频率。1014 华北电力大学硕士学位论文由于脉动风的空间特性，一次阵风作用在结构上各点处风速和风向应该考虑其空间相关性。Shiotania在试验的基础上说明这种相关性是随着两点的距离的增大而近似按照指数形式衰减的[40][41]，空间任意两点的相关系数一般可写成：⎡−2fC2(x−x)2+C2(z−z)2⎤x12z12ρ(f,x,x,z,z)=exp⎢⎥(3-4)ij1212⎢⎣(Vz1+Vz2)⎥⎦式中，f为频率；V,V为相应点风速；C,C分别为侧向和竖向衰减系数，Z1Z2xz常取C=16,C=10；(x,z)，(x,z)为空间两点坐标。xz1122本文仅考虑90度大风工况，即垂直于线路方向的脉动风动力响应，所建立的有限元模型竖直方向为Z方向，顺线路方向为X方向，垂直于线路方向为Y方向。一般塔式结构仅考虑垂直于风向的两个方向的相关性，认为结构前后的脉动风压是完全相关的，即不考虑Y方向的相关性。3.2.2基于AR法的脉动风速时程模拟在Matlab环境下应用AR法进行脉动风的模拟，AR法又叫线性滤波法，是通过已知的频域信息重现时程样本，使用原理及过程如下。风速时程本质上是随机时间系列，M个点空间相关脉动风速时程V(X,Y,Z,t)列向量的AR模型可表示为[40][41]：pV(X,Y,Z,t)=−∑ψkV(X,Y,Z,t−k∆t)+N(t)(3-5)k=1TTT式中，X=[x,⋅⋅⋅,x]，Y=[y,⋅⋅⋅,y]，Z=[z,⋅⋅⋅,z]，(x,y,z)为空间第i1M1M1Miii点坐标，i=1,⋅⋅⋅,M；p为AR模型阶数；∆t是模拟风速时程的时间步长；Ψ为ARk模型自回归系数矩阵，为M×M阶方阵，k=1,⋅⋅⋅,p；N(t)为独立随机过程向量：N(t)=L⋅n(t)(3-6)T式中，n(t)=[n(t)，⋅⋅⋅，n(t)]，n(t)是均值为0、方差为1且彼此相互独立的1M1正态随机过程，i=1,⋅⋅⋅,M，L为M的下三角矩阵，通过M×M阶协方差矩阵RN的Cholesky分解确定：TR=L⋅L(3-7)N将V(X,Y,Z,t)简写成V(t)，根据风速时程假定，(3-5)式两端同时右乘15 华北电力大学硕士学位论文TV(t−j∆t)，得：pTTTV(t)V(t−j∆t)=−∑ΨkV(t−k∆t)V(t−j∆t)+NtV(t−j∆t)(3-8)k=1式中，j=0,⋅⋅⋅,p，做数学期望运算，并结合自相关函数性质：pR(j∆t)=−∑ΨkR[(j−k)∆t],j=1,⋅⋅⋅p(3-9)k=1pR(0)=−∑ΨkR(k∆t)+RN(3-10)k=1写成AR模型正则方程，即：⎡RN⎤R⋅Ψ=⎢⎥(3-11)O⎣P⎦T式中，Ψ=[I,Ψ,⋅⋅⋅,Ψ]，为(p+1)M×M阶矩阵，I是M阶单位振；O为1PppM×M阶矩阵，其元素全部为0；R为(p+1)M×(p+1)M阶自相关Toeplitz矩阵，写成分块矩阵的形式，即：⎡R11(0)R12(∆t)R13(2∆t)…R1(p+1)(p∆t)⎤⎢R(∆t)R(0)R(∆t)⋯R[(p−1)∆t]⎥⎢2122232(p+1)⎥R=⎢R31(2∆t)R32(∆t)R33(0)⋯R3(p+1)[(p−2)∆t]⎥⎢⎥⎢⋮⋮⋮⋱⋮⎥⎢R(p∆t)R[(p−1)∆t]R[(p−2)∆t]⋯R(0)⎥⎣(p+1)1(p+1)2(p+1)3(p+1)(p+1)⎦(p+1)M×(p+1)M(3-12)式中，R(m∆t)是M×M阶方阵，i=1,⋯,p+1;j=1,⋯,p+1;m=0,⋯,p。将随ij机信号的自相关函数与功率谱密度相结合，由Wiener-Khintchine公式：∞R(τ)=S(f)cos(2πf⋅τ)df(3-13)ij∫ij0式中，f为脉动风频率；S(f)在i=j时为脉动风自谱密度函数，i≠j时为脉ij动风互谱密度函数，可由脉动风自谱密度函数S(f)和相干函数ρ(f)确定，iiiii=1,⋯,M;j=1,⋯,M，脉动风压的交叉谱可通过相干函数(3-4)和式(3-3)所示的Davenport谱S(f)或S(f)求出：iijj16 华北电力大学硕士学位论文S(f)=S(f)S(f)⋅ρ(f)(3-14)ijiijjij具体的求解过程为：由S(f)和ρ(f)确定S(f)后，带入式(3-11)和(3-12)，iiiiij可分别解出AR模型系数矩阵Ψ和协方差矩阵R。为计算方便，假定初始时刻之N前的风速为0，即：t≤0时，V=0。在此基础上根据(3-6)、(3-7)式求解N(t)，代t入(3-5)式即可求得水平脉动风速时程V。t以42米猫头塔为例，选取图2-1中段1和段13，空间直线距离最远的两点1和13的风速时程为例，说明铁塔加载节点处所施加的风速时程。由于塔身宽度相对于铁塔高度相差较大，脉动风的模拟工作仅考虑高度Z方向和线路方向X的空间相关性。设计风速V10=30m/s，Z0=0.005，α=0.12，采样频率点N=1024，时间间隔Δt=0.1s，模拟时长t=100s，频率分布范围f=0.01～10Hz。为验证模拟风速时程的可靠性，对所模拟的风速时程曲线功率谱特征及相关性进行检验，即将模拟谱和目标谱进行对比，查看吻合度，点1和13处模拟的垂直于线路方向(Y方向)脉动风速时程曲线以及与经验谱线对比如图3-1所示。图3-1风速时程及功率谱密度比较模拟风速功率谱曲线趋势和目标谱线一致，说明该方法在考虑铁塔高度方向的空间相关性后能够有效地模拟出符合要求的风速样本。3.2.3实测风速谱在42米猫头塔塔身不同高度安装风速仪，进行脉动风测量，风速仪及采集设备如图3-2所示。17 华北电力大学硕士学位论文图3-2风速仪及采集设备安装图对风速数据采用快速傅立叶变换，得到某测点横线向风速谱S(f)和顺线向风u速谱S(f)与目标谱的对比曲线，分别如图3-3a)、b)所示，从图中可见，实测风的v功率谱密度与Davenport经验谱变化趋势一致。a)横线向实测谱与经验谱对比b)顺线向实测谱与经验谱对比图3-3实测脉动风功率谱与经验谱对比通过软件模拟和现场实测得到的风速时程，以及功率谱密度比较，说明基于AR法模拟得到的风速谱能够很好的反映实际的风速，模拟所得风速数据能够进一步应用到输电铁塔的风压加载计算。3.3有限元模型建立3.3.1模型参数确定输电铁塔有限元模型如图3-4所示，钢材为Q345和Q235，泊松比为0.3，弹性模量为2.06×105MPa。在ANSYS环境下，梁单元可以承受弯曲和扭转作用，为了更合理的分析输电铁塔自身固有频率分布范围，在对输电铁塔建模时，塔身主材、横担主材和隔面外围杆件以及交叉斜材采用Beam188梁单元模拟[42]。18 华北电力大学硕士学位论文图3-4铁塔有限元模型该模型没有考虑连接塔材的节点板、螺栓等零件，为保证杆塔力学计算的准确性，通过求单塔模型重力场下静力计算得到的塔脚支反力和铁塔总重之间的比例关系，对塔身材料密度乘以系数K=1.35，以期达到考虑塔身螺栓、节点板等零件产生的力学作用。除塔身质量需控制外，在对铁塔进行动力特性分析时，还需要输入铁塔结构的阻尼系数。质量是衡量物质惯性力的大小，表征系统内部特征，刚度表示系统内部弹性力变化的性质。阻尼是结构在运动过程中耗散系统能量的作用因素，同样表征系统内部特征。大多数系统中存在阻尼，而且在动力学分析中应当指出阻尼[42]。在ANSYS动力学分析中，通常采用(Rayleign)阻尼，即：[C]=α[M]+β[K](3-15)式中，α为Alpha阻尼，也称质量阻尼系数；β为Beta阻尼，也称刚度阻尼系数，二者通过振型阻尼比计算得到：2ωω(ξω-ξω)2(ξω-ξω)ijijjijjiiα=β=(3-16)2222ωj-ωiωj-ωi式中，ω和ω分别为结构第i和第j阶固有频率；ξ和ξ为对应的第i和第jijij阶振型阻尼比，一般可取i=1，j=2，相应的阻尼比约在2%~20%范围内变化[42]。表3-1铁塔频率和阻尼比识别结果方向X向（顺线向）Y向（横线向）频率/Hz2.021.86阻尼比/%3.554.43河北电科院提供了对所选铁塔进行实测的第一、第二阶固有频率，以及对应19 华北电力大学硕士学位论文的振型阻尼比，如表3-1所示，经上述公式计算α=0.284，β=0.034。3.3.2模型可靠性验证对输电铁塔进行模态分析，和实测结果进行对比，以验证所建模型的正确性。模态分析按照常规的模态分析方法进行，两种方法得到的铁塔自振频率和振型与实测值列于表3-2。表3-2自振频率及振型不同测量方法下单塔固有频率/Hz编号振型描述实际测量值模拟值误差/%a)绕y轴1阶弯曲振动1.8652.0178.15b)绕x轴1阶弯曲振动2.0262.0120.69从分析结果可以看出，实际测量得到的42米猫头塔顺线向(绕y轴)和横线向(绕x轴)一阶固有频率分别为1.865Hz、2.026Hz，相应的模拟值分别为2.017Hz、2.012Hz。模拟值相对于实测值的误差绕y轴一阶振动频率误差较大，绕x轴一阶振动误差较小。所建立的输电铁塔有限元模型基本上能够合理的描述实际中输电铁塔的动态特性，能够进一步基于该模型开展脉动风加载力学分析。3.4静风作用下铁塔角钢轴力计算_取V10为10m/s、15m/s、、20m/s、25m/s、30m/s，利用式(3-2)计算得到不同平_均风作用下，本例铁塔随高度变化的平均风速Vh，风速随高度变化呈指数规律变化，如图3-5所示。图3-5沿高度变化风速示意图图图3-6单元编号及位置提取图2-1中a、b位置处主材对应单元的轴力以及交叉斜材的轴力，该处单20 华北电力大学硕士学位论文元编号如图3-6所示。其中，单元303～306、315～318处于迎风侧；单元307～310、311～314处于背风侧。对42米直立式猫头塔有限元建模应用ANSYS分两种情况进行静力计算：(1)风速为零，只考虑塔身、导地线，绝缘子金具等重力作用；(2)考虑上述不同平均风下铁塔、导线、地线、绝缘子及金具等重力及所受风载作用。单元轴力计算结果列于表3-3：表3-3塔身主材、斜材单元轴力塔身单元不同静风作用下单元轴力/kN位置编号0m/s10m/s15m/s20m/s25m/s30m/s303-28.9517.9645.0774.61107.80136.48304-27.7215.4139.9366.4295.14121.60305-27.8411.7833.9557.7182.94106.92306-24.449.7128.6048.7170.1790.21307-28.57-74.51-100.93-129.64-161.15-189.64aa308-27.20-69.63-93.73-119.74-147.52-173.84塔身309-27.26-65.89-87.43-110.45-135.14-158.04主材310-23.61-56.85-75.06-94.34-114.60-133.94与主311-28.45-75.14-101.98-131.15-163.13-192.08材之312-27.11-70.20-94.67-121.08-149.25-176.00间连313-27.24-66.57-88.50-111.93-137.04-160.35接314-23.64-57.45-75.98-95.59-116.18-135.87315-29.0617.0643.6972.72105.30133.49316-27.8314.5338.6064.6092.78118.74317-27.8410.8632.5155.7180.32103.77318-24.428.8427.2546.8467.7687.283190.253.075.007.2710.7512.29320-0.762.304.306.628.8811.60主材3211.454.977.239.8313.0515.43斜材322-2.760.872.874.997.049.33之间3310.15-2.99-5.30-8.10-13.42-14.37连接332-0.70-3.70-5.69-8.01-11.05-13.083331.31-2.36-4.80-7.64-10.59-13.79根据计算结果可以得出以下几点结论：(1)当风速为零时，铁塔只受塔身、导地线、绝缘子及金具自重作用。图2-1a、b位置处塔身四根主材轴力均表现为压力，大小分布在23.61kN～29.06kN之间，小于表2-4中所示的最大静摩擦力，说明在无风工况下，主材与主材之间的连接基本不存在错动问题；与主材连接的交叉斜材中，轴力基本上表现为一正一负，即一根为拉力时另一根则为压力，而大小也远小于表2-4中所示的主材与斜材之间最大静摩擦力，说明无风工况下主材和斜材之间的连接也不存在错动问题。(2)当取10米高度处平均风为10m/s、15m/s时，铁塔顶端最大风速为20m/s，21 华北电力大学硕士学位论文对应风力等级约为6～8级风[43]，此时图2-1a、b位置处四根主材轴力中，迎风侧表现为拉力，大小分布在8.84kN～17.96kN之间，小于表2-4中所示的最大静摩擦力；背风侧则表现为压力，大小分布在57.45kN～101.98kN之间，和表2-4中所示的最大静摩擦力接近，甚至是大于主材连接之间的最大静摩擦力，说明当风力达到6～7级时，该铁塔塔身通过连接接头进行连接的部位有可能出现错动。(3)当取10米高度处平均风为20m/s、25m/s时，铁塔顶端对大风速为32m/s，对应风力等级约为9～11级风，此时图2-1a、b位置处四根主材轴力中，迎风侧表现为拉力，大小分布在46.84kN～107.80kN之间，接近甚至大于表2-4中所示的最大静摩擦力；背风侧则表现为压力，大小分布在94.34kN～163.13kN之间，大于主材连接之间的最大静摩擦力，说明当风力达到9～11级时，该铁塔塔身通过连接接头进行连接的部位可能出现错动的次数比较多。当取10米高度处平均风为30m/s时，铁塔顶端对大风速为36.4m/s，风力达到12级甚至更高，摧毁力极大。(4)主材和斜材连接通常为K型节点，连接形式通常有斜材直接和主材通过螺栓进行连接，斜材通过节点板和主材进行连接等。当10米高处风速为10m/s、15m/s时，塔身斜材轴力大小分布在-9.12kN～7.23kN，轴力绝对值小于表2-4中所示的斜材与主材之间的最大静摩擦力；当10米高处风速为20m/s、25m/s时，塔身斜材轴力大小分布在-15.15kN～4.99kN，轴力绝对值小于或接近表2-4中所示的斜材与主材之间的最大静摩擦力。说明铁塔在受强风作用时，斜材不是受力主要构件，只是用来起支撑作用，所以对于斜材而言，应该注重考虑其稳定性问题，而不是连接斜材的螺栓连接松动问题。3.5脉动风作用下铁塔角钢轴力计算3.5.1脉动风加载结构在脉动风力的作用下，大部分构件处于随机荷载的作用，若交变荷载足够大，将导致连接部位的螺栓连接处于振动状态，致使连接松动以及构件的疲劳问题。所以，为了研究螺栓连接在振动环境下的松动问题，计算脉动风下单元的轴力时程，相对于平均风下的静力计算更具有说服性。对输电铁塔进行脉动风加载，首先需要确定作用在结构上的风载荷。输电塔在脉动风场中的振动，是以平均风作用后的位置为基础，在上节中已经对铁塔进行了不同大小平均风的静力风加载，为满足铁塔结构动力分析的需要，利用时域分析法，通过式(3-17)将风速时程转换成风压，施加到铁塔不同节点上。γ2γF(z,t)=[v(z)+2v(z)v(z,t)]uA(3-17)iiifisf2g2g22 华北电力大学硕士学位论文式中，µs为体形系数；Af为塔架迎风面积；v(z)为平均风速；vf(z,t)为脉动风速；γ为空气重度；g为重力加速度，其中脉动风的平方项可忽略。对输电线路结构进行风振响应时程分析，充分考虑自然风的空间相关性和结构的非线性影响，通过瞬态动力学分析，计算得到结构的动力响应。瞬态动力分析有三种方法：完全法、缩减法和模态叠加法。应用ANSYS仅考虑90度风攻角下对结构进行脉动风加载求解，本例脉动风加载采用完全法瞬态动力分析，主要步骤有：建模、建立初始条件、设置求解选项、施加荷载、写入荷载步文件、瞬态分析求解、观察结果等。施加荷载的方法为在静力加载的基础上对铁塔进行脉动风加载，荷载数据采用通过AR法得到的风速时程数据。在ANSYS环境下通过*VREAD命令读入风速文件，加载到模型节点。每个风速数据包括1024个点，历时102.4s，共1024荷载步，每个荷载步利用KBC，0命令定义斜坡加载，求解时将每个荷载步写入荷载步文件，最后用LSSOLVE命令一次性求解[42]。3.5.2脉动风对铁塔塔身主材轴力的影响由上述结构不同风速下静力计算可知，风速越高，对结构轴力变化影响越大。取10米高处平均风为10m/s、25m/s时两种平均风下的脉动风分量，进行脉动风加载，分析风的脉动分量对铁塔的影响。两种平均风速下风的脉动分量范围分别在-3m/s～3m/s、-10m/s～10m/s之间，两种情况再分两种不同条件进行计算：(1)只考虑风的脉动分量对铁塔的作用，忽略风对导地线，绝缘子等作用，得到迎风侧单元305和背风侧单元313的轴力时程曲线，如图3-7、3-8所示：图3-7平均风10m/s下轴力曲线23 华北电力大学硕士学位论文图3-8平均风25m/s下轴力曲线(2)考虑风的脉动分量对铁塔、导、地线，绝缘子金具等作用，得到迎风侧单元305和背风侧单元313的轴力时程曲线，分别如图3-9、3-10所示。图3-9平均风10m/s下轴力曲线图3-10平均风25m/s下轴力曲线24 华北电力大学硕士学位论文结合表3-4中单元305和单元313在10m/s、25m/s风速下静力计算的轴力，可以得到以下几点结论：(1)10m/s平均风下，沿Y方向（垂直于线路方向）施加的脉动风分量使迎风侧单元从受拉变为受压，受压后轴力在-0.9kN～-1.2kN内变化，对轴力的变化贡献约13kN；背风侧单元所受压力从-66.7kN降到-53.9kN～-54.2kN，对轴力变化贡献约13kN。(2)25m/s平均风下，沿Y方向施加的脉动风分量使迎风侧单元所受拉力从82.94kN降为38.5kN～40.5kN，对轴力的变化贡献约42kN；使背风侧单元所受压力从-137.04kN降到-93.5kN～-95.5kN，对轴力变化贡献约42kN。(3)风速越大，相应的脉动风分量对铁塔主材单元轴力影响越大，但若不考虑导地线以及绝缘子和金具所受风载的话，脉动风对单元轴力的影响很小。3.5.3瞬间脉动风对铁塔塔身主材轴力的影响对结构进行脉动风加载属于动力学范畴，前述说明了加载求解的时间历程曲线，得到脉动风对结构不同单元轴力的影响程度。当对结构施加脉动风的一瞬间，可以看做是对结构上不同加载节点施加了不同的静力。单元305和313动力求解前1秒的结果，在上节各种条件下的轴力变化，如图3-11所示。图3-11脉动风作用下起初1秒内单元轴力变化图中编号1～8和上述图3-7～3-10中相应编号对应，表示不同加载情况下的轴力时程曲线。编号3、4、7、8的曲线是单元305和单元313在不考虑导地线及绝缘子金具等所受风载作用下的轴力时程，从图中可以看出，脉动风的瞬间力对轴力变化的贡献不大；编号1、2、5、6的曲线是单元305和单元313在考虑导地线及绝缘子金具等所受风载作用下的轴力时程，从图中可以看出，脉动风的瞬间力对轴力变化的贡献非常大。平均风速为10m/s时，脉动风的瞬间力作用下，迎风侧轴力短时间内经历11.78kN到-10kN到5kN再到-1kN，然后趋于平稳波动，对轴力变化贡献约22kN；25 华北电力大学硕士学位论文背风侧轴力在短时间内经历-66.57kN到-10kN到-60kN再到-52kN，然后趋于平稳波动，对轴力变化贡献约57kN。平均风速为25m/s时，脉动风的瞬间力作用下，迎风侧轴力短时间内经历82.94kN到0kN到50kN再到27kN，然后趋于平稳波动，对轴力变化贡献约83kN；背风侧轴力在短时间内经历-137.04kN到-25kN到-120kN再到-98kN，然后趋于平稳波动，对轴力变化贡献约110kN，说明输电线路在风场中，起风的瞬间和风停的瞬间对塔材轴力变化影响最大。3.5.4导地线摆动或风向变化对铁塔主材轴力的影响考虑架空输电线路的风偏现象，导线会发生严重的不同期摆动，一方面导致导线相间距离减小，甚至相间击穿，对输电线路造成很大的威胁；另一方面，导线的摆动相当于对铁塔导线挂点处施加了和风向相反方向的作用力。由于风荷载作用在导、地线上的力是通过导线挂点直接传递到横担处，再作用在整个铁塔，所以，除分析导地线摆动和风向变化对铁塔塔身主材轴力影响的同时，也应注意横担处的受力变化。表3-4导地线摆动情况下单元轴力不同风速下单元轴力/kN塔身单元10m/s下导地线受力方向25m/s下导地线受力方向位置编号Y-YY-Y30317.96-66.15107.80-102.5830415.41-63.0095.14-100.9730511.78-61.1682.94-99.513069.71-53.7670.17-88.56塔身307-74.518.15-161.1545.47主材308-69.637.53-147.5245.36与主309-65.895.43-135.1443.14材之310-56.855.38-114.6040.96间连311-75.148.91-163.1346.96接312-70.208.19-149.2546.71313-66.576.06-137.0444.5314-57.455.84-116.1842.0531517.06-65.65105.30-101.5731614.53-62.4992.78-99.84418-11.42-13.17-6.70-17.78419-9.94-11.55-5.71-15.68横担处421-9.38-11.08-4.98-15.38422-10.8012.70-5.78-17.60对铁塔施加Y方向（垂直于线路方向）荷载，对导、地线挂点施加-Y方向荷26 华北电力大学硕士学位论文载，分别计算10m/s和25/s两种均风情况，来说明导地线摆动对塔身单元轴力以及横担处主材单元轴力的影响，各单元轴力列于表3-4。根据上表数据可知，导、地线的摆动对塔身轴力变化的影响非常大。由于本文中计算风荷载只是考虑90度大风工况下铁塔的受力情况，风向变化对横担处主材轴力的影响较小，可能原因为导线的重力要比导线所受水平风荷载占更重要的地位，对横担处主材受力变化影响较大的因素应该为导线覆冰舞动、强风下的摆动、断线冲击或者脱冰跳跃等不确定因素，不在本文考虑范围之内。对塔身主材单元单元303：均风为25m/s时，导地线的每一次摆动均会造成此处单元轴力从-102.58kN到107.8kN变化，即由压力变为拉力，变化幅值达到210kN，结合表3-3单元轴力的变化，远超过主材之间由螺栓连接形成的最大静摩擦力88.1kN～95.6kN；均风为10m/s时，导地线的每一次摆动均会造成此处单元轴力从-66.15kN到17.96kN变化，即由压力变为拉力，变化幅值约为84kN，同样也超出塔身主材之间由螺栓连接形成的最大静摩擦力73.4～79.7kN。我们认为单元轴力在足够大的情况下，每一次拉压变化，此处螺栓连接就会发生一次错动，完成一个振动循环。对铁塔和导、地线挂点处施加Y和-Y方向风荷载，模拟风向发生180度变化。以均风20m/s下塔身单元轴力来说明风向的变化对塔身单元轴力的影响。两种风向完全相反条件下，单元303轴力时程，如图3-11所示。通过上图可以看出，当风向从Y方向转变为-Y方向后，单元轴力的拉压性质发生了明显的变化，每一次风向变化都会造成单元轴力发生变化，重复着‘拉～压～拉～压’的过程，当轴力达到或超过由螺栓连接形成的最大静摩擦力时，就会造成此处螺栓连接发生错动，完成一个振动循环。图3-11单元轴力时程曲线现实风场环境中，风向和风速随时在变化，塔线处于一种非常复杂的受力情况。理论上，每一次风向变化都会造成铁塔不同程度的摆动，加之导地线的风摆甚至舞动，会加剧铁塔的摆动程度，进而加大塔材螺栓连接处的振动幅度，加剧27 华北电力大学硕士学位论文螺栓连接的松动。根据上述不同条件下铁塔塔身构件的轴力计算结果，可以得到如下几点结论：（1）风速越大，相应的脉动分量对铁塔塔身主材迎风侧和背风侧单元轴力影响越大。（2）在进行脉动风加载的瞬间，单元轴力变化最大。此时，最易造成螺栓连接处产生单元轴力大于最大静摩擦力的现象，进而使螺栓连接出现滑移现象。（3）一旦螺栓连接发生错动，就有可能导致螺母相对于螺栓发生相对转动，造成连接角钢之间抵抗轴力的摩擦力下降，增加了螺栓连接振动的概率。（4）无论是风向变化还是导地线风摆运动均会造成塔材单元轴力发生质变，迫使螺栓连接处于振动状态，多次振动势必会造成连接处螺栓连接产生松动，螺栓连接长期处于振动状态增加了螺母松脱的可能性。3.6小结本章介绍了风荷载的基本属性，建立了铁塔有限元模型；利用风速传感器实测和软件模拟两种方法得到施加在所选铁塔上的脉动风谱；应用ANSYS有限元力学分析，得到不同风速下塔材轴力的变化情况，认为铁塔在风载作用下塔身角钢轴力的变化是引起角钢螺栓连接发生松动的诱因，分析了对塔材轴力交替变化影响比较大的几种情况。28 华北电力大学硕士学位论文第4章铁塔螺栓连接振动实验研究4.1引言螺栓连接是决定铁塔承载能力的重要因素，螺栓连接的松动会造成铁塔的承载能力下降，严重时会造成倒塔断臂等故障。振动环境下螺栓连接所受荷载为循环荷载，最容易引起连接的疲劳破坏和连接松动。前面章节提到当铁塔在风荷载作用下，所受轴力在大于螺栓连接形成的最大静摩擦力时，连接件就会发生相对错动，致使螺栓连接处于振动状态。因此，为了有效模拟风载对塔材轴力变化的效果，本章利用振动试验台，对铁塔常用的6.8级M20普通螺栓连接施加横向交替变化的激励，促使连接件发生滑移错动，使螺栓连接处于振动状态，记录并分析不同使用条件下螺栓松动情况，总结规律，并提出有效的防松措施。4.2实验系统介绍4.2.1试验台构成《紧固件横向振动试验方法GB/T10431-2008》[44]指出了用于测定紧固件防松性能的横向振动试验和数据处理方法。实验台主要由振动台、数据采集系统、主控柜等组成。振动台由电机、压力传感器（器量程20T）及夹具组成，可以通过更换夹具大小，对M16-M24的螺栓进行振动试验，实验台整体结构以及各部位名称如图4-1所示。1、振铃记数器；2、电机；3、驱动力臂；4、电机传动带；5、应变片；6、夹板；7、锥形台；8、螺栓连接；9、加速度探头图4-1振动试验台构成29 华北电力大学硕士学位论文数据采集系统包括应力应变采集、加速度采集系统，如图4-2a)所示。主控柜用于记录夹紧力曲线，调节振动频率，范围在0-50Hz，如图4-2b)所示。图4-2振动试验机系统组成每次试验均要对预紧力和扭矩进行严格的控制，以达到良好的对比效果。其中，扭矩是拧紧螺栓时需要的力矩，通过量程为500N·m扭矩扳手确定，如图4-2c)所示；预紧力是拧紧后连接对结合面产生的压力，通过螺栓连接底部的压力传感器决定，即通过在金属基体上的粘贴电阻应变片，当金属发生弹性变形时，电阻应变片的电阻值发生变化，然后通过电桥将电阻变化转换为电压信号输出，通过电压信号检测压力大小，如图4-2d)所示。螺栓连接振动通过电机旋转机械能转换成往复运动的机械能实现，电机的转速可调节，而且调节过程中频率的变化平滑没有冲击，采用普通的三相异步电动机(2.2kW)，采用变频调速方式，实现无极调速的效果，电机转速公式为：n=60f(1−s)/p（4-1）式中n：电机转速，转/分；f：供电频率，Hz；p：电机极对数；s：转差率。考虑振动装置运行的特点，采用皮带传动方式，在振动初期由于预紧力的作用，电机需要较大的启动转矩，负荷较大，皮带传动可以避免电机启动滞后的情况，且皮带打滑的特性可以降低电机部分负荷，让电机顺利启动后正常运转。振动形式采用最普遍的简谐振动方式：2π⋅tx=Acos(+ϕ)（4-2）T上式中，若取平衡位置为原点，则简谐振动为一个作直线振动的质点离开平衡位置的位移x随时间变化的规律。其中A表示质点离开平衡位置(x=0)时的最大位移绝对值，称为‘振幅’，T是简谐运动的周期。简谐运动的实现，利用曲柄滑块机构将电机的旋转运动转换成往复直线运动。振幅通过调节驱动力臂主动轴上的燕尾槽来实现，以此实现螺栓连接在不同频率和振幅下的横向振动试验。振铃计数器通过记录驱动轴的旋转次数来标定螺栓连接出现松动情况后的振30 华北电力大学硕士学位论文动次数；应变片用来测量连接件前端动态力学行为；夹板为连接件，下部连接件安装压力传感器，通过螺栓将三者连接，记录振动环境下连接件夹紧力的变化；锥形台和螺母相接处，在驱动力臂的横向激励下，同时形成对螺栓的轴向激励，使螺栓连接处于横向和轴向共同激励下；加速度探头记录连接件后部的动态力学行为。4.2.2工作原理及使用过程对螺栓连接进行振动试验的目的是判断螺栓螺母在使用过程中的防松动性能，其具体的表现就是夹紧力随振动次数的增加而减小，因此在振动过程中需要对夹紧力进行测量，连续关注并记录夹紧力的瞬时值，当读数下降到一定值或振动次数达到一定值时停止振动。对比不同连接状况下螺栓连接松动情况，可以判段螺栓连接紧固件的防松能力。振动试验过程如下：(1)通过扭力扳手将螺栓拧紧固定于实验装置上，使之产生一定的预紧力，并记录扭矩和预紧力。(2)将振铃计数器归零。(3)设置振动频率和振动幅值，将静态应变仪设置为连续测量，打开变频器电源，启动电机。(4)借助试验机在被夹紧的两金属板之间产生的交变横向位移，使螺栓连接处于振动环境下。(5)记录夹紧力下降数据，多次振动后螺栓连接会发生松动，夹紧力减小直至丧失，失去连接能力，关闭电源。试验过程中，夹紧力下降速度越缓慢，其连接的防松性能就越好；反之，防松性能越差。振动过程中，锥形台在夹板中由螺栓紧固，并随着夹板一起进行往复运动，夹板之间的夹紧力也循环往复变化。通过连接到数据采集系统的应力应变传感器、加速度传感器和压力传感器，同时进行动态应变、加速度的和夹紧力等信息的采集，记录连接前后的力学行为，分析连接前后力传递的关系并进行总结。图4-3连接力学模型连接的力学模型如图4-3所示，螺栓杆处于螺栓孔中央位置为平衡位置，当连31 华北电力大学硕士学位论文接板发生错动时，螺栓杆偏离平衡位置，靠锥形台使压力传感器读数随时变化。一个振动循环内，平衡位置处的夹紧力最小，连接板应力为零；当螺栓杆偏离平衡位置最大时，夹紧力和和连接板的应力绝对值最大；压力传感器所记录的最终夹紧力即为平衡位置的夹紧力。不同振动条件下，振动过程中夹板的动态应变信号、加速度信号以及夹紧力的变化曲线如图4-4、4-5、4-6所示。图4-4编号0702-10动态应变和加速度信号图4-5编号0703-3动态应变和加速度信号图4-6编号0703-8动态应变和加速度信号32 华北电力大学硕士学位论文三幅图的共同特征为：整个振动过程分三个阶段，且每个阶段的表现类似。(1)振动起步阶段：在起步阶段，电机转速较慢，此时连接板应力最大，驱动力克服了连接的摩擦力，导致螺母和夹板的环形接触面、夹板之间发生错动。解释了3.5.4节中瞬间脉动风对塔材轴力变化贡献最大，导致连接件发生错动，进而导致夹紧力在第一阶段就大幅度下降的现象。随着电机转速增加，加速度的绝对值逐步增加，而夹板的应力却逐渐减小，待加速度绝对值增大到一定程度时，振动趋于平稳，加速度和应力的变化幅度也控制在一定范围内变化，进入平稳振动阶段。(2)平稳振动阶段：振动处于平稳阶段，电机转速较快，处于夹紧力下降曲线的第二阶段，应力的变化幅度没有明显变化，加速度的变化幅度略有增加。(3)振动衰减阶段：当夹紧力下降到一定程度时关闭电源，靠电机转子的惯性，振动会持续一段时间，直至停止。该阶段连接板的应力有突然变大然后瞬间为零的变化，应力为零时连接板处于平衡位置，即螺栓处于螺栓孔中央的位置。以上三点解释了振动环境下的螺栓连接夹紧力第一阶段迅速下降，第二阶段趋于平稳的现象；随着振动次数增加、螺栓连接的松动、夹紧力的下降，连接板在振动过程中的应力在变小，说明连接之间的摩擦力变小，进而抵抗外界力的能力降低。4.3螺栓连接松动特点普通螺栓连接在装配时须被拧紧，使其对连接件产生预紧作用，此时的夹紧力叫做预紧力，其夹紧作用能够限制连接件的位移。当螺栓连接受到足够大的横向荷载时，容易出现间隙或者产生一定滑移量。夹紧力的存在不仅能够紧密连接构件，还能大幅度降低构件在动荷载作用下螺杆应力变化幅度。实践表明，提高预紧力能够提高螺栓连接的安全性、可靠性以及连接件的抗疲劳性能。但过大的预紧力则可能超过螺栓的静力强度，如拉断螺栓、连接件挤压破坏等。螺栓连接在输电铁塔上是采用最广泛的一种连接方式，输电塔线体系受风等自然环境影响一直处于振动状态，尤其是受强风作用时，铁塔各部件会出现不同方向的位移，造成螺栓连接也处于振动状态，致使螺栓连接容易发生松动，甚至脱落，造成连接失效，螺栓松动将严重降低输电铁塔的刚性。螺栓连接的振动试验正是基于上述特点，利用振动试验台，用电机驱动力来模拟风载作用下，铁塔杆件内部产生的轴力，并赋予一定的振动频率和振动幅值，其中振动频率取上述章节中得到的铁塔本身固有频率或相近值，振动幅值取前面章节求得的螺栓连接振动幅度，为了能够得到螺栓连接较快的松动效果，可以对振动幅值进行或大或小的调节。螺栓连接防松能力强弱，可以根据夹紧力随时间(或振动次数)变化的曲线判33 华北电力大学硕士学位论文定。图4-7说明了螺栓连接的松动过程的两个阶段，第一阶段预紧力减小的比较快，第二阶段夹紧力减小的比较缓慢，通常以第二阶段的斜率K值来判断不同情况下螺栓连接松动快慢程度。图4-7夹紧力—时间变化曲线4.4不同条件下螺栓连接振动试验分析根据前面章节提供的输电铁塔螺栓连接的振动特点，采用螺栓横向振动试验台对输电铁塔常用的6.8级M20螺栓连接进行振动试验，实验数据列于表4-1，分析不同频率、不同振幅等条件下，对螺栓链连接施加各种不同措施情况下的松动情况，比较各种方法下螺栓连接的松动现象，并提出有效的防松措施。表4-1螺栓振动数据编扭矩实验振幅频率初始预紧振后紧振动次备注号N·m记录名mmHz力/kN力/kN数11001022-14417.415.06438不同21001022-44612.195.03784频率31001022-34818.946.352000对比41001022-541016.233.46179251000824-15.2625.73.71275单母61000824-25.2618.095.5073806双螺母71000824-331025.2218.316000涂漆81000703-531017.262.59176091250703-631029.3818.215288高扭矩101001014-131011.1833.392820一次拧紧111501014-231014.9588.6643374二次拧紧121501014-331011.4326.5203302三次拧紧141000702-531017.292.591974151000702-631017.494.071849锤击与不161000702-331014.350.372992锤击对比171000703-1231021.7015.925076181000703-1031020.9212.345080191001012-131017.9857.3864660防盗螺母201001012-231013.6199.0324594与普通螺211501013-131012.3876.2475095母222001013-231016.7817.385608634 华北电力大学硕士学位论文对比六种不同振动工况下，夹紧力随时间变化曲线和第二阶段夹紧力下降速率K值，如图4-8～4-13所示。在几种工况下，螺栓连接的松动均表现为第一阶段迅速下降，之后保持缓慢下降。4.4.1相同振幅、扭矩，不同频率振动情况对比对相同振幅、扭矩的条件下，设定振动频率分别为4Hz、6Hz、8Hz、10Hz进行振动试验发现，各频率下螺栓连接均表现为第一阶段夹紧力迅速下降，第二阶段趋于平缓，且第二阶段K1>K2>K3>K4，如图4-2所示。说明螺栓连接处于低频振动中比处在高频振动中更容易发生松动。图4-8不同频率对比4.4.2相同振幅、频率、扭矩，单母和双母对比振动条件为相同振幅、频率、扭矩时，单母螺栓连接和双母螺栓连接振动试验进行对比，两种情况下螺栓连接均表现为第一阶段夹紧力迅速下降，第二阶段趋于平缓，且第二阶段K5>K6，如图4-9所示，说明双母能有效地提高防松能力，但经过长时间振动后也会发生松动。图4-9单母和双母对比4.4.3普通螺母三次拧紧对比对使用过的螺母进行不拆卸二次拧紧，由于螺纹副在振动情况下产生脱落的35 华北电力大学硕士学位论文锌皮和渣滓，当拧紧到100N·m时，夹紧力没有显著提高，所以将扭矩提高到150N·m，进行振动试验发现，松动曲线表现为第一阶段夹紧力迅速下降，第二阶段趋于平缓，且第二阶段K10>K11，如图4-10所示，说明对使用过的螺栓连接进行二次拧紧后螺栓连接的防松能力得到提升。松动后，对该螺母不拆卸再次拧紧到150N·m，松动曲线表现为第一阶段夹紧力迅速下降，第二阶段趋于平缓，且第二阶段K11>K12，如图4-10所示，说明对螺母进行三次拧紧后，由于预紧力的提高，螺栓连接的防松效果得到进一步的提升。图4-10同一个螺母三次使用对比4.4.4不同扭矩对比，涂漆和不涂漆对比通过对比不同扭矩下螺栓连接松动情况，第二阶段K8>K9，说明提高扭矩能够提高螺栓连接的防松能力；通过对比相同扭矩下拧紧后是否涂漆，第二阶段K8>K7，如图4-11所示，说明拧紧后对螺纹副涂漆能够有效抑制螺母相对螺栓的相对转动，进而有效提高螺栓连接的防松能力。图4-11涂漆与不涂漆、高扭矩与低扭矩对比4.4.5螺栓端面锤击与不锤击对比实验条件为相同扭矩、相同振幅、相同振动频率，编号14、15、16为不进行锤击的螺栓连接，编号17、18为进行锤击再拧紧的螺栓连接。锤击是在对螺栓连接施加一定预紧力后，在螺杆端部施加冲击力，然后再用36 华北电力大学硕士学位论文相同的扭矩将螺母再次拧紧。经过锤击的两组螺栓螺母在振动次数超过5000多次的振动之后仍然有较大的夹紧力，而没经过锤击的螺栓螺母在振动次数超过振动次数不超过3000次时已经发生松动，且第二阶段K17、K18明显小于K14、K15、K16的值，如图4-12所示。说明在对螺栓连接进行预紧时，中途进行一次锤击再拧紧过程，能够显著提高螺栓螺母的防松性能。图4-12锤击与不锤击对比4.4.6普通螺母与防盗螺母对比试验条件为振动频率10Hz，振幅3mm，不同扭矩、单母、无垫情况下防盗螺母与普通螺母的对比，该组试验的夹紧力曲线及第二阶段K值如图4-13所示。编号19为去掉滚珠的防盗螺母，不能起到防盗功能；编号20为添加上滚珠的防盗螺母；编号21为防盗螺母；编号为22为二次使用的防盗螺母。图4-13普通螺母与防盗螺母对比根据松动次数，防盗螺母去掉滚珠后，振动4660次，夹紧力降为7.386kN；防盗螺母振动4596次，夹紧力降为9.032kN，且第二阶段K19=0.0146、K20=0.015；对防盗螺母施加150N·m扭矩进行振动试验，经过5095次振动后，夹紧力下降为6.247kN，当施加100N·m的扭矩对松动后的防盗螺母进行二次拧紧发现，产生的夹紧力仅为6.638kN，加大扭矩到200N·m，夹紧力为16.781kN，经过6086次振动后，夹紧力下降为7.385kN，第二阶段K21=0.0092、K22=0.0113。通过上述实验以及夹紧力下降曲线可以看出，无论是防盗螺母还是普通螺母，在振动环境中均有第一阶段夹紧力迅速下降的特性，可以认为防盗螺母并不能很37 华北电力大学硕士学位论文好地防松。4.5螺栓连接松动现象分析螺栓连接在受横向动态剪力和轴向动态拉力作用下产生松动，螺栓的初始夹紧力产生的松动转矩是引起螺栓松动的主要原因。观察振动试验的松动录像，发现螺栓连接的松动主要表现为螺母相对螺栓的转动。振动起步阶段，螺母和连接件的接触面发生相对运动，当振动平稳后，连接板和螺栓、螺母达到共振状态。振动过程中，当螺母相对于螺栓转动比较小的角度时，夹紧力就会下降很多，说明螺栓连接一旦松动，就会对连接板的连接刚度有很大影响。4.5.1单母螺栓连接松动现象分析设定振动幅值为5.2mm，振动频率为6Hz，对螺母施加100N·m的扭矩，拧紧螺母产生的预紧力为12.09kN，松动后夹紧力为5.03kN随着振动的进行，螺母相对于螺栓发生缓慢的转动，夹紧力也随之减小，当达到一定的振动次数后，夹紧力下降到一定程度时，可以判断，螺栓连接已经发生松动。a)单母b)双母图4-14螺栓连接振前振后对比螺栓螺母振前和振后相对转动情况如图4-14a)所示，M20螺母弧长公式：ϕ⋅π⋅rl=(4-3)180式中：l是弧长，r是旋转半径。�计算得到旋转角度约为ϕ=17.2，卸下螺母时，仅需要30N·m的扭矩，对连接件几乎不产生预紧作用，说明螺栓发生松脱后，构件之间的压紧力几乎消失，基本上起不到连接作用。4.5.2双母螺栓连接松动现象分析设定振动幅值为5.2mm，振动频率为6Hz，对两个螺母依次施加100N·m的扭矩，拧紧下螺母产生预紧力17.14kN，拧紧上螺母产生预紧力19.25kN。38 华北电力大学硕士学位论文�振动试验过程中，上面的螺母提前转动，且相对于下螺母有约ϕ=11.5的周1�向旋转，下螺母相对振动台有约ϕ=7.64的周向转动，单母实验证明了振动过程2�中螺栓转动量非常小，所以上螺母相对螺栓旋转角度约为ϕ=ϕ+ϕ=19.14，如12图4-14b)所示。较单母试验中螺母相对于螺栓旋转角度更大，松弛量更大。拆卸上螺母需要扭矩30N·m，几乎对下螺母不产生压力；拆卸下螺母仍需要扭矩90N·m，说明双母螺栓连接有较好的防松性能，但是在长时间振动下同样会松动。4.5.3防盗螺母螺栓连接松动现象分析防盗螺母内部结构不同于普通螺母，如图4-15a)所示，防盗螺母内部螺纹有凹槽和滚珠，拧紧螺母时滚珠处于凹槽底部，对螺母的转动没有影响；拆卸螺母时，滚珠随螺纹到达凹槽顶部，卡死在螺纹副之间，限制螺母进一步拆卸，从而达到防盗效果。a)防盗螺母结构b)振后防盗螺母图4-15防盗螺母振前振后对比对防盗螺母进行多次振动后，连接件的夹紧力有一定的下降，但较缓慢，振动过程中，螺母有转动较小角度后，滚珠卡在螺纹副之间，很好的限制了螺母和螺栓杆之间的相互转动，如图4-15b)所示，说明防盗螺母能够起到很好的防盗的作用，但防松效果不明显。4.6螺栓连接松动预防铁塔上采用的螺栓连接通常是普通单线螺纹，螺纹副的当量摩擦角����(φv=6.5~10.5)大于螺纹升角(φ=142'~32')。这样，对于自锁条件(φ<φv)连接螺纹就可以达到要求。另外，螺母、螺栓头根部以及垫片等在支撑面上产生的摩擦力也会对连接的防松起到一定作用，因此在静荷载或者工作温度变化较小情况下，螺纹连接不会自己松动。但在发生冲击或者荷载变化时，螺纹副间的摩擦力就会有迅速减小或瞬间消失的可能性，若螺纹副处于反复冲击或荷载变化下时，螺栓可能会逐渐失去其预设的夹紧力，出现松动或松脱。39 华北电力大学硕士学位论文4.6.1通过提高预紧力进行防松铁塔角钢受拉紧螺栓连接，螺栓等级为6.8级，型号为M20，粗牙钢制螺栓，螺纹小径d1约为17mm，公称直径d=20mm。根据国际通用标准规定，6.8级螺栓材质公称抗拉强度为600MPa，屈服强度为480MPa。考虑到危险截面受剪切应力影响，根据第四强度理论得到强度条件[45]-[46]为：1.3×4×F’σ==1.3σ≤[σ]（4-4）c2π×d1σ式中，[σ]为螺栓材料许用拉应力，紧螺栓连接[σ]=s，其中SS=1.2~1.5。ssσ480s[σ]===（320~400）Mpa（4-5）s1.2~1.5s根据条件（5-2），得到预紧力：2[σ]×π×d（320~400）×π×17×171F’≤==55.8~69.8kN（4-6）1.3×44×1.3根据《机械设计手册》，对于M10~M64粗牙钢制螺栓，拧紧力矩T可表示成T=0.2F’d，拧紧力系数为µ=0.2，比章节3.2试验得到的拧紧力系数要小。a20T=0.2F’d≤0.2××（55844~69805）=223~279N⋅m（4-7）1000一般新螺栓螺纹副较光滑，相应的拧紧力系数较小，旧螺栓螺纹副较粗糙，相应的拧紧力系数变大。考虑到风荷载作用下，导致螺栓连接受轴向荷载作用，即预紧以后受预紧力F’，风载下受轴向荷载F作用，这种情况下，螺栓连接受力较复杂，在满足螺栓材料的强度条件的前提下，螺栓连接需要的预紧力和扭矩需要降低，螺栓所受拉力和F0要大于两者的总和。对式（4-4）乘拉力放大系数1.5可以得到：1.5×1.3×4×F’σ==1.5σ≤[σ]（4-8）c2π×d12[σ]×π×d（320~400）×π×17×171F’≤==37.2~46.5kN（4-9）1.5×1.3×44×1.3×1.5对于M10~M64粗牙钢制螺栓，拧紧力矩T可表示成：20T=0.2F’d≤0.2××（37229~46536）=150~186N⋅m（4-10）1000若根据实验测得的拧紧力系数µ>0.2，拧紧力矩可以相应的提高，由于不同等a40 华北电力大学硕士学位论文级、不同批次等螺栓各有差异，拧紧力系数也各不相同。所以，为了不致使预定的扭矩形成过大的预紧力，需要对拧紧力矩进行严格控制。通过多次振动试验可知，提高预紧力能有效提高螺栓连接在振动环境下的防松能力，提高螺栓连接的安全性、可靠性。但通过上述的计算我们可以确定，过高的预紧力对于处在复杂受力状况下的螺栓连接不利。当输电铁塔处于强风环境下时，伴随着导地线的舞动，连接角钢的螺栓处于复杂的受力状态，有可能受拉、弯、扭、翘等各种受力，如此这样，螺栓连接预紧力F’还需要减小，相应的扭矩也需要减小。所以，螺栓连接中，既要保证必要的预紧力，又要使螺栓不被拉断、连接件不被挤压破坏，通过预紧力使被连接件之间产生压紧力，保证结合面的紧密贴合、不分离、不滑移，才能保证结构工作的可靠性要求。我们通过提高螺栓连接预紧力来预防螺栓松动的同时，还需要对预紧力的大小进行严格的控制，以防过大的预紧力导致复杂受力条件下螺栓连接破坏。4.6.2通过端面锤击进行防松通过对松动过程以及夹紧力下降的全程录像观察，螺栓松动伴随着螺母和螺栓之间的相互转动，并且转动较小的角度后就能够对夹紧力的大小变化产生很大的影响。螺母和螺栓之间的相互转动多发生在夹紧力—时间关系曲线的第二阶段，而第一阶段几乎没有发现螺母和螺栓之间的相互转动，可以判断第一阶段的松动是由材料的变形引起的。即螺母相对于螺栓发生相互转动前，由于螺栓连接材料本身的变形，连接的夹紧力已经有了很大的损失。螺栓连接靠螺纹副进行轴向力的传递，在紧力作用下，螺栓杆承受拉力作用，静止状态下螺纹副的接触如图4-16a)所示，螺母的a2面和螺栓的b2面接触；当连接板受到周期循环荷载作用后，螺母相对于螺栓产生轴向变形，螺纹副间的接触变为螺母的a1面和螺栓的b1面接触，如图4-16b)所示。图4-16螺栓连接细部构造图周期荷载作用下，螺纹副的往复运动，会迫使螺纹副间不断撞击，造成螺纹41 华北电力大学硕士学位论文副材料变形，也就解释了夹紧力—时间关系曲线的第一阶段在没有出现相互转动的情况下，夹紧力大大下降的现象。通过各种条件下的螺栓连接振动试验可知，螺栓连接松动第一阶段夹紧力下降较快，第二阶段下降较慢。并且，提高扭矩、双母连接、对螺栓多次拧紧、对螺纹副涂抹油漆等方法、螺栓杆端面进行锤击等均能显著降低第一阶段夹紧力下降幅度，也能显著降低第二阶段夹紧力下降的速度。针对螺栓连接第一阶段夹紧力大幅度下降现象，研制了端面锤击扳手，扳手实物外形以及内部结构如图4-17所示。图4-17螺栓端面锤击扳手实物图与工作原理图该扳手可以通过调节刚性弹簧的伸缩量对其扭矩进行调节，然后进行定扭。工作时，锤头在棘轮扳手扭转下，迫使滚针A沿斜坡上升到平台B。同时，a面和b面之间弹簧在顶丝阻碍下，收缩储存能量，当滚针滑移至C处瞬间释放，锤头对螺栓杆端部造成冲击。进行多次锤击再拧紧，使螺纹副在装配过程中充分咬合，既避免了螺栓连接在振动环境中第一阶段夹紧力过快下降，又充分提高了预紧力，对螺栓连接的松动预防起到很好的效果。4.7本章小结介绍了螺栓连接振动试验台的工作原理及使用过程，对整个实验过程的各个阶段进行总结；指出连接松动过程两个阶段夹紧力的下降特点；通过多次不同实验条件下的振动试验，总结规律，指出有效的防止螺栓连接在振动环境下过早松动的措施；对振动试验松动过程录像取证，指出振动环境下螺栓连接夹紧力在第一阶段迅速下降，第二阶段缓慢下降的特点，以及松动过程中，螺母相对与螺栓发生相对转动主要发生在第二阶段；根据第一阶段夹紧力下降过快的特点，以及螺纹副之间的力传递关系，研制了端面锤击扳手，对螺栓连接施加“拧紧—锤击—拧紧”的过程，可以有效防止螺栓连接的夹紧力在第一阶段迅速下降，能够起到有效的防松效果。42 华北电力大学硕士学位论文第5章结论与展望5.1结论输电线路是以输电铁塔和架空导线为主体构成的电力传输通道，它的整体结构力学性能，尤其是处于风载作用时动力学性能非常复杂。输电铁塔起着支撑导线、绝缘子串、金具等的作用，在输电线路中起着至关重要的地位，而铁塔多由角钢通过螺栓进行连接组成，强风会导致铁塔以及整个输电线路处于振动状态，尤其是发生导线舞动的情况下，铁塔的振动则更为强烈。表现在塔身角钢方面，则为塔身角钢轴力的交替变化，这将促使塔身角钢螺栓连接处于振动状态。螺栓连接的松动通常会伴随着振动，甚至是以振动为前提。本文围绕着脉动风作用下输电铁塔螺栓连接的松动问题，以河北南网某运行中的输电线路为工程对象，通过铁塔的有限元分析以及角钢连接件之间摩擦力测定实验，认为铁塔的轴向受力变化是引起螺栓连接处发生错动，进而导致松动的原因。针对这一原因，利用横向振动试验台进行螺栓连接松动试验，发现了一系列规律，同时提出了有效的防松措施。(1)通过拉力实验，得到L120×10镀锌角钢连接件之间的最大静摩擦力。(2)介绍了自然风的特性，应用Matlab软件进行脉动风模拟，使用ANSYS力学计算，得到不同风速下塔身角钢轴力变化情况，以及在强风场中输电线路铁塔螺栓连接最易发生松动的几种情况。(3)对输电铁塔常用的6.8级M20螺栓连接进行多次不同条件下的振动试验，总结螺栓连接松动规律，并得到如下结论：1）振动环境中的螺栓连接松动过程主要分两个阶段，第一阶段夹紧力迅速下降，第二阶段夹紧力下降速度趋于平缓，且不同条件下的连接松动过程基本一致；2）低频大振幅的振动更容易松动，且对松动后的螺栓连接进行再次拧紧后，防松能力有所提高；3）相同扭矩条件下，对螺纹副涂抹油漆能够提高螺栓连接的防松能力；4）双母螺栓连接较单母螺栓连接有更高的防松能力，防盗螺母能够起到较好的防盗能力，但放松效果并不明显；5）螺栓连接的松动伴随着螺母相对于螺栓的相对转动，且在相对转动发生前，夹紧力就有大幅度的损失。6）对拧紧的螺栓连接进行端面锤击能够显著提高螺栓连接的防松能力，针对该方法，研制了端面锤击扳手；43 华北电力大学硕士学位论文5.2展望本文从铁塔的振动问题延伸到塔身角钢螺栓连接松动问题，对螺栓连接的松动现象做了一定的研究，没有研究塔身角钢螺栓连接的松动现象对铁塔的振动特性的影响，两者之间的有何关系还有待进一步研究。风载对塔身以及塔身角钢螺栓连接的影响，只是从力学分析的角度进行研究，没有对螺栓连接的松动提出有效的预测，应该对风力持续时间等做进一步研究。在螺栓连接振动试验中，只考虑了螺栓连接所承受的横向位移激励，而现实中的塔身角钢螺栓连接处的受力状况要相对复杂得多，位移激励与风载对塔身轴力变化的贡献能否等效，区别有多大，在后续的研究中应该进行完善。后续应该做的工作主要有：(1)根据输电铁塔实测加速度信号，利用相关理论，得到输电铁塔在风场中的固有频率、阻尼比、振型等动特性参数，同时结合ANSYS有限元分析软件，利用模拟的方法得到铁塔的动特性参数，两种方法进行对比。(2)整理所研究铁塔地区风力资料，统计由螺栓进行连接的铁塔角钢发生滑移错动的风力持续时间，记录错动力正、反向峰值出现次数，结合螺栓松动曲线，为铁塔角钢螺栓连接松动提出有效的预测。(3)对塔身角钢螺栓连接处的受力特点进行完善，应用到螺栓连接振动试验中，以期达到更真实的振动效果。44 华北电力大学硕士学位论文参考文献[1]舒印彪.我国特高压输电的发展与实施[J].中国电力,2005,38(11):1-8[2]运维检修部.输电线路运维分析月报.国家电网公司[3]王怡,王宁等.振动环境中螺栓连接结构声发射特性的实验研究[J].西南科技大学学报,2010,3(1):34-38[4]闫航瑞,曾国英等.基于声发射信号分析的螺栓松动识别[J].矿山机械,2011,12(39):101-104[5]傅俊庆,荣见华等.螺栓连接接口轴向振动能量耗散特性研究[J].振动、测试与诊断,2005,9(25):205-209[6]张言,曾国英等.基于振动环境下螺纹连接松动的实验研究[J].中国重型装备,2010,9(3):23-25[7]陈学前,冯加权等.螺栓连接非线性振动特性研究[J].振动与冲击,2009,28(7):196-198[8]吴敬伟.接触条件下的非线性振动研究[D].西安:西安理工大学,2010.3[9]李正良,肖正直等.1000kV汉江大跨越输电塔线体系三维脉动风场模拟[J].高电压技术,2009,35(5):999-1004[10]LiHongnan.SeismicResponseAnalysismethodForCoupledSystemofTransmissionLinesAndTowers[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,1996,16(4):23-27[11]LiHongnan.ResponseofTransmissionTowerSystemtoHorizontalandRockEarthquakeExcitations[J].EarthquakeEngineeringandEngineeringVibration,1997,17(4):32-39[12]李喜来,王开明,尹鹏等.大跨越输电塔动力特性[J].电力建设,2010,31(5):43-48[13]楼文娟等.高耸格构式结构风振数值分析及风洞实验.振动工程学报,1996,9(3):318-32[14]程志军,楼文娟等.高耸格构式塔架风荷载试验研究[J].实验力学,2000,Vol.15(1)[15]楼文娟等.高耸塔架横风向动力风效应[J].土木工程学报,1999,32(6)[16]JingboYang,FengliYang,QinghuLi,etal.DynamicResponsesAnalysisandDisasterPreventionofTransmissionlineunderStrongWind[J].IEEEInternationalConferenceonPowerSystemTechnology,2010[17]齐立忠,江文强等.螺栓连接滑移对输电铁塔力学性能的影响研究[J].电力科学与工程,2013,29(3):12-17[18]江文强.构造节点的精细模拟及其在输电铁塔结构分析中的应用[D].保定:华北电力大学,2011.4[19]M.D.Todd,J.m.Nichols,L.N.Virgin.Anassessmentofmodalpropertyeffectivenessindetectingboltedjointdegradation:theoryandexperiment,J.SoundVib.275(2004)7773-7726[20]T.Yokoyama,M.Olsson,S.Izumi,S.Sakai,Investigationintotheself-looseningbehaviorofboltedjointsubjectedtorotationalloading,Eng.FailureAnal,23(2072)35-43[21]R.I.ZADOKS.ANINVESTIGATIONOFTHESELF-LOOSENINGBEHAVIOR45 华北电力大学硕士学位论文OFBOLTSUNDERTRANSVERSEVIBRATION[J].JournalofSoundandVibration,1997,208(2):189-209[22]FeblilHuda,ItsuroKajiwara.Boltlooseninganalysisanddianosisbynoncontactlaserexcitationvibrationtests[J].MechanicalSystemsandSignalProcessing,2013,589-604[23]Junker,G.H.Newcriteriaforself-looseningoffastenersundervibration[J].SAEPaper690055,1969:314-335[24]Sakai,T.Investigationofboltlooseningmechanisms[J].Bull.JSME,1978,21:1385-1394[25]Yamamoto,A.,Kasei,S.Asolutionforself-looseningmechanismofthreadedfastenersundertransversevibration[J].Bull.Jpn.Soc.Precis.Eng.,1984,18:261-266[26]YanyaoJiang,MingZhang,Chu-HwaLee.Astudyofearlystageself-looseningofboltedjointsjournalofmechanicaldesign[J].ASMEJournalofmechanicaldesign,2003,125(9):518-525[27]YanyaoJiang,MingZhang,Tae-WonPark,Chu-HwaLee.Anexperimentalstudyofself-looseningofboltedjoints[J].ASMEjournalofmechanicaldesign.2004,126(9):925-931[28]MingZhang,YanyaoJiang,Chu-HwaLee.Finiteelementmodelingofself-looseningofboltedjoints[J].ASMEJournalofmechanicaldesign.2007,129(2):218-226[29]N.G.Pai,D.P.Hess.Experimentalstudyoflooseningofthreadedfastenersduetodynamicshearloads[J].Journalofsoundandvibration,2002,253(3):585-602[30]N.G.Pai,D.P.Hess.Three-dimensionalfiniteelementanalysisofthreadedfastenerlooseningduetodynamicshearload[J].Engineeringfailureanalysis,2002,9:383–402[31]N.Ungkurapinan,S.R.DeS.Chandrakeerthy.Jointslipinsteelelectrictransmissiontowers[J],EngineeringStructures25(2003)779-788[32]Daddbin,A.,Chow,Y.M.Theoreticalmodelstostudythreadloosening[J].Mech.Mach.Theory,1992,27:69-74[33]Koga,K.,Isono,H.Studyonself-looseningofboltedjointstakingaccountofcharacteristicsofimpulsivefriction[J].Bull.JSME,1986,29:1004-1012[34]《输电线路铁塔制图和构造规定》中华人民共和国电力行业标准[35]北京钢铁设计研究总院等．钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].北京:中国计划出版社,2003[36]陈祥和.输电杆塔及基础设计[M].北京:中国电力出版社,2011[37]鞠彦忠,李闯,杨靖波.风荷载作用下螺孔间隙对输电塔变形的影响[J].水电能源科学,2013,31(7):211-214[38]N.Ungkurapinan.Jointslipinsteelelectrictransmissiontowers[J].EngineeringStructures.25(2003):779–788[39]穆健.高强螺栓连接节点疲劳破坏试验研究[D].重庆:重庆交通大学,2010.4[40]袁波,应惠清.基于线性滤波法的脉动风速模拟及其MATLAB程序实现[J].结构工程师,2007,23(4):54-61[41]秦力,袁俊健等.基于AR法的输电塔线体系风速时程模拟[J].水电能源科学,2011,29(2):169-17146 华北电力大学硕士学位论文[42]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京:人民交通出版社,2007:499-554[43]孟遂民.架空输电线路设计[M].北京:中国电力出版社,2011[44]《紧固件横向振动试验方法GB/T10431-2008》[45]杨世明.机械设计[M].北京:电子工业出版社,2007[46]单辉祖.材料力学[M].北京:高等教育出版社,201147 华北电力大学硕士学位论文致谢本文得以完成，首先要感谢我的校内导师葛永庆教授、王璋奇教授，和企业导师冯砚厅高工，三位导师严谨的治学态度、细致的工作作风、广博的学识、活跃的学术思想对我产生了巨大的影响，这些都使我终生受用。也要特别感谢校内输电线路工程课题组的安立强老师、杨文刚老师、江文强老师和教研室其他老师在专业知识上的授教，以及河北电科院的代小号工程师、中国电科院的张宏杰博士和其他同事在技术层面上的帮忙，使我对论文工作的开展做足了专业知识的储备!在校以及在河北电科院的学习和生活期间，我的学习能力、科研能力等各个方面都得到了很好的锻炼，这都要归功于王老师和葛老师，给予我外出联合培养的机会，使我有幸结识冯砚厅高工，三位导师做为我学习、生活和工作上的导师，这必将对我的未来产生深远的影响!在这两年半的学习和生活中，还要感谢“输电线路工程实验室”的同门师兄弟，以及电科院一起联合培养的兄弟姐妹，感谢大家留给我的美好回忆!衷心感谢负责论文评审工作的各位老师，是你们的辛勤工作才使得我的论文不断地走向完善!谢谢你们!在今后的生活中，我一定尽心尽力，以“入则恳恳而尽忠，出则谦谦以自悔”这一人生准则督促自己踏实工作、认真做人，创造更好的成绩。最后，值此毕业之际，我要感谢我的父母、兄嫂及妻子，是他们的理解和支持使我能够完成学业！还有亲朋好友，他们对我及我家人的帮助让我没有了后顾之忧!谢谢你们!常星亚2015年3月
