【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空心铸钢节点试验，具体为一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点结构及加载试验方法。
技术介绍
1、《铸钢结构技术规程》中对于空心铸钢节点结构形式没有明确计算方法，规定可以通过试验验证过后，符合要求即可应用于实际工程中。而由于空间多支管空心铸钢相贯节点具有支管多空间关系复杂的特点，目前对于空间多支管空心铸钢节点没有现成的试验设备和试验方法。
2、由于大跨越输电塔具有高耸、多回路、跨距大、荷载复杂等特点，一些结构部位的节点及构造复杂，如横担与主材连接节点等，而这些节点是保证跨越塔结构安全可靠的关键部位，对结构整体稳定性和传力性能具有较大影响。为此，我们提供一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法。通过对1∶2缩尺铸钢节点模型开展验证性试验研究，了解节点在实际荷载作用下的分布规律，为铸钢节点的数值模拟和理论研究提供可靠的依据。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点结构及加载试验方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点结构，包括主管、支管，所述主管与其他支管相连接，所述主管及所有支管轴线均汇交于一点，无偏心影响，所述主管和支管一体浇铸成型，主管和支管交点处为铸钢节点。
3、本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，所述该方法包括以下步骤：
5、节点除主管外共与8根支管相连相贯支管，主管及所有支管轴线均汇交于一点，无偏心影响，铸钢节点各支管和主管一体浇铸成型；根据前期对该节点开展的铸钢节点选型分析，将主管贯通并采用主管开孔的方式来降低节点重量，简化加工工艺，优化节点承载力；同时考虑到尽可能与实际工程节点连接条件相适应，且避免加载过程中加载端出现应力集中现象，在铸钢件杆端焊接法兰盘与普通钢管通过螺栓连接加长杆件长度；铸钢材料采用g20mn5qt，法兰及钢管强度采用q355；在综合考虑结果可靠性、试验成本、试验难度等各方面因素后，铸钢节点试件采用1：2缩尺节点模型；
6、步骤2、加载装置设计
7、为满足该铸钢节点连接形式复杂、加载工况多样、几何尺寸特殊等要求，根据承载力和刚度两方面要求，设计了自平衡反力架，反力架由相互垂直的主平面框架和次平面框架组成，反力架及相关板材采用q355级钢材，平衡框由大截面双腹板钢梁连成，在支管加载处设置加劲肋进行加固增强，具有足够大的刚度，框架内实现静力自平衡，将多支管空心铸钢节点节点置于反力平衡框内，主平面框架用于杆件2、3、4、8、9和10的主动加载，次平面框架用于杆件1的被动加载和杆件5、6、7的主动加载；
8、步骤3、加载制度
9、为保证节点力平衡，45°大风工况和断线工况下1号杆作为被动加载杆，90°大风工况下增加8号杆为被动加载杆，加载分为预加载和正式加载，预加载分4级进行，每级取设计荷载的10％，分4级卸载，每级加(卸)载间停歇5min；预加载完毕后，开始正式加载，正式加载时共分10级进行加载，在到达设计荷载前，每级加载量为设计荷载的15％；到达设计荷载90％后，每级加载量为设计荷载的10％，最终加载到设计荷载的1.5倍，卸载同样采用分级卸载，循环加载两次；
10、步骤4、测点布置及数据采集
11、试验量测项目包括力、位移和应变三类：
12、(1)量测的力为千斤顶所施加的荷载，荷载数据通过与千斤顶配套的ys数显峰值压力表进行测量；
13、(2)量测的位移包含主支管的轴向位移和主管径向位移，有限元分析中主管径向最大变形发生在支管4或支管9的平行平面方向，但需要考虑试验中实际位移计布置的可操作性，试验中测量支管4和支管9两侧的主管径向变形；
14、(3)量测的位移包含节点主支管和节点核心区应变，由于每根杆件单向受力(受压和受拉)，受力形式简单；又考虑到杆件长度较小，为准确测得杆件所受轴力，在杆件的中部设置4片单向应变片，以消除杆件长度取值的影响；单向应变片布置节点区即杆件与杆件交汇区，由于其受力复杂，无法判定相贯线附近杆件的主应力方向，为此在杆件相贯线附近布置45°三向应变片，以考查此处应力分布情况；
15、步骤5、试验结果
16、5.1、单向荷载-应变曲线
17、根据应变采集仪得到的应变及液压千斤顶加载示数，可分别计算得到铸钢节点对应位置的应力及杆端荷载值；单向应变片对应位置的应力可采用下式(2.1)计算，应变花对应位置可采用式2.2计算，同一杆件以所在平面对称的两个应变值，应进行平均处理，其中弹性模量e取材性试验结果，泊松比取0.3，
18、σ＝eε(2.1)
19、
20、
21、式中：ε单向应变片的应变数据；σs为折算应力；ε0°、ε45°、ε90°分别为应变花0°，45°，90°方向的应变数据；
22、5.2、主管核心区径向位移及等效应力
23、由于铸钢节点结构形式不同于普通钢管相贯节点，在节点核心区各支管相交处，主管管径逐渐加厚，最厚处达150mm，且由于铸钢节点采用一体浇铸成型，支管之间倒角角度更大，传力面积加大，应力分布更加均匀，这将显著增大节点核心区刚度，有效降低主管径向变形，根据有限元分析主管核心区最大值，位移极小，管径相对变形远小于3％(钢管相贯节点常用极限承载力判断标准)。
24、优选的，所述步骤2中根据平衡框和空心铸钢节点的相对关系，主管与地面保持垂直，其下端为杆件1，通过四颗8.8级m36高强螺栓与反力框架底梁相连实现被动加载，在试验加载工况中，各支管水平方向不平衡力接近于0，并在加载过程中采用分级加载，尽可能减小实验过程中出现的不平衡力和不平衡弯矩。
25、优选的，所述步骤2中根据试验工况中受压支管端部位置，在反力框架内安装千斤顶框架用于放置千斤顶，试验时先将试验节点安装于反力架，千斤顶根据实际位置与各支管几何对中，以施加支管的轴向压力；受拉支管加载端和反力架预留钢绞线锚具孔，通过将穿心千斤顶对钢绞线施加拉力，钢绞线通过夹片式锚具将拉力施加于支管。
26、优选的，所述步骤4中将所有位移计、应变片与数据采集箱连接，数据采集箱等设备均采用两台dh3816n静态电阻应变采集系统并使用配套的数据采集软件，每台有60个测量通道，该系统采集数据频率为2hz，在试验开始前，对数显峰值压力表、位移计等测量设备进行精度标定，查看线材连接情况，检查所有测量仪器是否正常并对系统显示数据进行清零，全部设备满足试验的测量精度要求后开始加载；预加载阶段需要检查检查所有测试仪器仪表是否正常工作，且能够一定程度上消除加载装置和试件之间的空隙，检查校对无误后，开始正式加载。
27、优选的，所述步骤5中分为三个工况，(1)工况一：45°大风工况(主管2控制本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点结构，包括主管、支管其特征在于，所述主管与其他支管相连接，所述主管及所有支管轴线均汇交于一点，无偏心影响，所述主管和支管一体浇铸成型，主管和支管交点处为铸钢节点。
2.一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述该方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤2中根据平衡框和空心铸钢节点的相对关系，主管与地面保持垂直，其下端为杆件1，通过四颗8.8级M36高强螺栓与反力框架底梁相连实现被动加载，在试验加载工况中，各支管水平方向不平衡力接近于0，并在加载过程中采用分级加载，尽可能减小实验过程中出现的不平衡力和不平衡弯矩。
4.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤2中根据试验工况中受压支管端部位置，在反力框架内安装千斤顶框架用于放置千斤顶，试验时先将试验节点安装于反力架，千斤顶根据实际位置与各支管几何对中，以施加支管的轴向压力；受拉支管加载端和反力架预留
5.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤4中将所有位移计、应变片与数据采集箱连接，数据采集箱等设备均采用两台DH3816N静态电阻应变采集系统并使用配套的数据采集软件，每台有60个测量通道，该系统采集数据频率为2HZ，在试验开始前，对数显峰值压力表、位移计等测量设备进行精度标定，查看线材连接情况，检查所有测量仪器是否正常并对系统显示数据进行清零，全部设备满足试验的测量精度要求后开始加载；预加载阶段需要检查检查所有测试仪器仪表是否正常工作，且能够一定程度上消除加载装置和试件之间的空隙，检查校对无误后，开始正式加载。
6.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤5中分为三个工况，(1)工况一：45°大风工况(主管2控制)；(2)工况二：断线工况(支管4控制)；(3)工况三：90°大风工况(支管10控制)
7.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤5中根据给出各工况下的荷载-应力曲线，并与有限元模型计算结果进行对比，从图中可以看出，各杆件在加载过程中基本保持线性变化，说明铸钢节点试验件在1.5倍设计荷载下仍处于弹性阶段，空心铸钢节点安全性得到验证，符合规范要求。
...【技术特征摘要】
1.一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点结构，包括主管、支管其特征在于，所述主管与其他支管相连接，所述主管及所有支管轴线均汇交于一点，无偏心影响，所述主管和支管一体浇铸成型，主管和支管交点处为铸钢节点。
2.一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述该方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤2中根据平衡框和空心铸钢节点的相对关系，主管与地面保持垂直，其下端为杆件1，通过四颗8.8级m36高强螺栓与反力框架底梁相连实现被动加载，在试验加载工况中，各支管水平方向不平衡力接近于0，并在加载过程中采用分级加载，尽可能减小实验过程中出现的不平衡力和不平衡弯矩。
4.根据权利要求2所述的一种大跨越钢管塔空间多支管空心铸钢节点的加载试验方法，其特征在于：所述步骤2中根据试验工况中受压支管端部位置，在反力框架内安装千斤顶框架用于放置千斤顶，试验时先将试验节点安装于反力架，千斤顶根据实际位置与各支管几何对中，以施加支管的轴向压力；受拉支管加载端和反力架预留钢绞线锚具孔，通过将穿心千斤顶对钢绞线施加拉力，钢绞线通过夹片式锚具将拉力施加于支管。
5.根据权利要求2所述的一种大跨越...
【专利技术属性】
技术研发人员：管政，钱朝军，孟宪乔，杨泰朋，张树林，秦晓菁，包华，李浩，徐智东，鲁建国，范林松，刘红军，李正良，杨海龙，
申请(专利权)人：中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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