大跨越输电塔双层法兰承载性能有限元分析

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1、大跨越输电塔双层法兰承载性能有限元分析陈振华（同济大学建筑工程系，上海２０００９２）摘要：双层法兰作为一种新的节点形式，在国内外输电线还会给施工安装带来困难，质量难以保证。为此，本工程主路行业内鲜有研究，在大跨越输电塔上应用更属首次，故有材拟采用双层法兰进行连接，其构造如表１和图１所示。进一步研究的必要。本文主要研究了双层法兰在上下法兰表１法兰尺寸板厚度、肋板高度和厚度以及螺栓与主材管壁距离等参数变螺栓法兰上法下法化时对极限承载力的影响。分析表明，增大上法兰板厚度、法兰主材螺栓螺栓板外中心兰板兰板肋板肋板编号规

2、格直径个数圆直厚度高度增加肋板高度以及减小螺栓与主材管壁距离可以有效提高径厚厚径双层法兰的承载力，后两种效果更为明显。ＦＬ２５００×３８９０３２３０５８２７７０—６２２８５９０关键词：双层法兰；有限元分析；承载力ＤＦＬ２５００×３８７２５０２８９６２７１６４６３２２４３６０中图分类号：ＴＵ３４７文献标志码：Ａ文章编号：１６７２－４０１１（２０１７）０４－０２６８－０３ＤＯＩ：１０畅３９６９／ｊ畅ｉｓｓｎ畅１６７２－４０１１畅２０１７畅０４畅１２８FiniteElementAnalysisonBearingPer

3、formanceofDouble－layeredFlangein注：表中螺栓均为８畅８级高强螺栓，单位均为ｍｍ。Long－spanTransmissionTowers图１双层法兰示意图CHENZhenhua双层法兰与传统刚性法兰相比（见图２），在传递压力（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｏｎｇｊｉ时，通过下法兰板接触顶紧传力；在传递拉力时，通过螺栓将Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）力传递给上法兰板，再通过肋板及焊缝将力传递给钢管，由Abstrac

4、t：Ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒｅｄｆｌａｎｇｅ，ａｓａｋｉｎｄｏｆｎｅｗ－ｔｙｐｅ于双层法兰的肋板布置在上下法兰板之间，肋板与上法兰板ｊｏｉｎｔｓ，ｉｓｒａｒｅｌｙｓｔｕｄｉｅｄｂｙｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ的连接焊缝不受拉，因此，上法兰板不会出现层状撕裂的危ｌｉｎｅｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｉｇｉｄｆｌａｎｇｅｊｏｉｎｔｓ，ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙ-险。此外，上法兰板的上表面不需布置肋板有利于螺栓的施［２］ｅｒｅｄｆｌａｎｇｅｈａｖｅｂｅｔｔｅｒ

5、ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｒｉｇｉｄｉｔｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏ工安装，也有利于密布螺栓，进而减小螺栓直径。双层法ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｆｌａｎｇｅｐｌａｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｒｉｂｈｅｉｇｈｔａｎｄ兰的初步设计按照文献［２］推荐的方法，其尺寸如表１中ｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂｏｌｔａｎｄｔｕｂｅｏｎｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｄｏｕｂｌｅＤＦＬ所示，由于螺栓数量增加，螺栓直径减至７２ｍｍ，上法兰－ｌａｙｅｒｅｄｆｌａｎｇｅ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎ

6、ａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｊｏｉｎｔｓｕｓｉｎｇＡＮ-板厚减至４６ｍｍ。目前已建成的崖门大跨越塔上已经用到的［３］ＳＹＳｈａｖｅｂｅｅｎｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｒｉｂ最大的法兰螺栓为８畅８级Ｍ８５螺栓，故双层法兰的螺栓ｈｅｉｇｈｔａｎｄｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｂｏｌｔａｎｄｔｕｂｅｐｌａｙｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｏｌｅｓ质量可以得到保证。ｉｎｂｅａｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Keywords：ｄｏｕｂｌｅ－ｌａｙｅｒｅｄｆｌａｎｇｅ；ＦＥＡ；ｂｅａｒｉｎｇｃ

7、ａｐａｃｉｔｙ0前言随着输电线路行业的发展，特高压由于输送距离长，输送量大，被越来越多的用于工程实际中。以拟建的某长江大跨越塔为例，由于跨越距离达２６００ｍ，为达到通航以及绝缘要求，塔身高度达４５５ｍ，采用钢管塔结构形式，主材荷载巨（ａ）传统法兰（ｂ）双层法兰大。若塔身主材采用传统刚性法兰进行连接，如表１中ＦＬ图２两种法兰在拉力作用下比较所示，其最大法兰的螺栓直径达９０ｍｍ，有可能在防腐处理目前，我国对传统的柔性法兰和刚性法兰的研究较为成［１］后发生“氢脆”破坏，其法兰板厚度达６２ｍｍ，在拉力作用熟，但双层法兰

8、在输电线路行业中鲜有研究，仅同济大学黄［２］下有可能发生垂直于法兰板平面的层状撕裂破坏。此外，誉做了２个双层塔脚法兰的试验及进行了初步有限元分［２］析。由于双层法兰在大跨越工程中属于首次采用，为保证收稿日期：２０１７－０２－１４其安全稳定运行，有必要对双层法兰的承载性能进行进一步作者简介：陈振华（１９８８－），男，硕士研究生，主要研究方向：跨越塔分析。本文以双层法兰的上下法兰板厚度、肋