一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点.pdf

本发明公开了一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，包括主斜材连接节点内贴板，所述主斜材连接节点内贴板设置在主斜材连接侧的角钢主材单肢内侧，所述主材斜材连接节点内贴板的方向与斜材方向一致，并紧贴斜材和主材角钢。本发明在无填板四组合角钢肢内采用一比单肢宽度略宽的内贴节点板灵活解决了无填板四组合角钢主材与斜材连接的问题，减小了节点板尺寸和节点板厚度，从而提高了节点板平面外刚度，有效减轻了节点板重量。更重要的是取消常规四组合角钢主材构件填板，有效降低了整塔重量，减少了焊接工作，加工便利，施工方便，且节点布置型式简单。

1.  一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，包括主材斜材连接节点内贴板（1），其特征在于：所述主材斜材连接节点内贴板（1）设置在主材斜材连接侧的角钢主材任一单肢一侧（3），所述角钢主材（2）为无填板四组合角钢，所述无填板四组合角钢两两直接接触设置。

2.  如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述主材斜材连接节点内贴板（1）的方向与斜材（4）方向一致，并紧贴角钢主材（2）和斜材（4）。

3.  如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述主材斜材连接节点内贴板（1）一面通过连接部件（9）与斜材（4）连接；所述主材斜材连接节点内贴板（1）另一面通过连接部件（9）与角钢主材（2）连接。

4.  如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述角钢主材（2）采用连接部件（9）直接拼接在一起。

5.  如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述主材斜材连接节点内贴板（1）比角钢主材（2）单肢的宽度宽。

6.  如权利要求5所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述无填板四组合角钢包括：一号角钢（5）、二号角钢（6）、三号角钢（7）、四号角钢（8），所述一号角钢（5）、二号角钢（6）、三号角钢（7）、四号角钢（8）两两直接接触，拼接为十字型，采用连接部件（9）直接进行连接。

7.  如权利要求6所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述一号角钢（5）、二号角钢（6）、三号角钢（7）、四号角钢（8）的截面形状为L型或者直角型。

8.  如权利要求7所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：所述L型的边A的长度与边B的长度相同或不同，所述L型的边A的厚度与边B的厚度相同或不同；所述直角型的边A的长度与边B的长度相同或不同，所述直角型的边A的宽度与边B的宽度相同或不同。

9.  如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：主材斜材连接节点内贴板（1）的厚度大于或者等于被连接斜材（4）的厚度。

10.  如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：一块主材斜材连接节点内贴板（1）上连接两根或者两根以上的斜材（4）。

一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点
技术领域
本发明是有关输电铁塔主斜材连接节点型式，尤指无填板四组合角钢输电铁塔采用的一种特殊主斜材连接节点型式。
背景技术
随着电网建设的快速发展,电压等级的逐步提高，多回路、特高压输电线路建设越来越多，伴随的杆塔荷载也越来越大，杆塔构件型式也正向多元化迈进，单角钢（含大角钢）已不能满足荷载要求。对于山区线路的大负荷铁塔，采用四组合角钢塔是最佳选择，调研目前四组合角钢的生产和施工情况，发现四组合角钢铁塔的填板数量多是铁塔较重、焊接量较大、加工和施工不便的主要原因。伴随线路走廊日益狭窄，山区走线越来越多，杆塔所处的地形条件也越来越恶劣，线路施工材料运输能力限制给大规格铁塔构件运输也提出了新的挑战，在输电线路设计中成为一个亟待解决的难题。
目前常规四组合角钢铁塔，四肢构件间主要通过填板进行连接，在许多关键节点构造型式设计时均需充分考虑填板带来的诸多影响。常规四组合角钢铁塔主斜材连接节点型式主要有以下几方面缺点：一、为了连接四组合角钢，铁塔主材各节间均需设置与相同厚度的填板，导致铁塔重量偏重，焊接工作量大，加工和施工不便；二、为了满足与四组合角钢主材连接的要求（考虑四组合角钢通过填板连接的因素），主斜材连接节点处需设置与填板厚度相同，且在两个主材角钢肢宽的基础上外伸一定长度的节点板满足斜材连接的需要，节点板较大，平面外刚度较弱，节点板较重。
发明内容
针对以往型式的不足，提供一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，具体技术方案如下：
一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，包括主材斜材连接节点内贴板1，所述主材斜材连接节点内贴板1设置在主材斜材连接侧的角钢主材任一单肢一侧3，所述角钢主材2为无填板四组合角钢，所述无填板四组合角钢两两直接接触设置。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述主材斜材连接节点内贴板1的方向与斜材4方向一致，并紧贴斜材4和角钢主材2。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述主材斜材连接节点内贴板1一面通过连接部件9与斜材4连接；所述主材斜材连接节点内贴板1另一面通过连接部件9与角钢主材2连接。
作为可选方式，上述的一种用于输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述无填板四组合角钢2采用连接部件9直接拼接在一起。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述主材斜材连接节点内贴板1比角钢主材2单肢的宽度宽。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述无填板四组合角钢包括：一号角钢5、二号角钢6、三号角钢7、四号角钢8，所述一号角钢5、二号角钢6、三号角钢7、四号角钢8两两直接接触，拼接为十字型，采用连接部件直接进行连接。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述一号角钢5、二号角钢6、三号角钢7、四号角钢8的截面形状为L型或者直角型。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，所述L型的边A的长度与边B的长度相同或不同，所述L型的边A的厚度与边B的厚度相同或不同；所述直角型的边A的长度与边B的长度相同或不同，所述直角型的边A的宽度与边B的宽度相同或不同。
作为可选方式，上述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，主材斜材连接节点内贴板1的厚度大于或者等于被连接斜材4的厚度。
10．如权利要求1所述的一种输电铁塔无填板四组合角钢截面的主材斜材连接节点，其特征在于：一块主材斜材连接节点内贴板1上连接两根或者两根以上的斜材4。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
无填板四组合角钢主材斜材连接节点与常规四组合主斜材连接节点相比，在主材角钢肢内设置了内贴节点板，有效传递斜材内力的同时，大大减小了节点板尺寸及重量，提高了节点板平面外刚度，减轻了节点板重量。在充分满足节点连接需要的同时，成功取消了常规四组合角钢构件间的所有填板，有效降低了整塔重量，减少了焊接工作，加工便利、施工方便，缩短了建设周期，节约成本，且节点布置型式简单，具有一定的经济性，为山区输电线路四组合角钢铁塔运用提供了便利。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为输电铁塔主斜材连接节点位置示意图正面图；
图2为输电铁塔主斜材连接节点位置示意图侧面图；
图3为现有常规四组合角钢主材斜材连接节点连接图；
图4为图3中1-1的截面图；
图5为图3中2-2的截面图；
图6为本发明中无填板四组合角钢主材斜材连接节点连接图；
图7为图6中1-1的截面图：
图8为图6中2-2的截面图；
图9为常规四组合角钢；
图10为无填板四组合角钢；
图11为无填板四组合角钢主斜材连接节点有限元实体仿真模型；
图12为无填板四组合角钢主材有限元实体仿真模型；
图13为无填板四组合角钢主斜材连接节点板有限元实体仿真模型；
图14为无填板四组合角钢主斜材连接螺栓有限元实体仿真模型；
图15为正面与侧面斜材有限元实体仿真模型。
附图标记：1为主材斜材连接节点内贴板、2为无填板四组合角钢角钢主材、3为主材斜材连接侧的角钢主材任一单肢一侧、4为斜材、5为一号角钢、6为二号角钢、7为三号角钢、8为四号角钢、9为连接部件、10为常规四组合角钢主材斜材连接节点板、11为常规四组合角钢、12为常规四组合角钢填板、13为塔身主材、14为主材斜材连接节点、15为常规四组合角钢填板一、16为常规四组合角钢填板二、17为常规四组合角钢填板三、18为焊接处。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
输电铁塔塔身如图1、图2所示，塔身主材13上根据具体需要和实际要求设置相关主材斜材连接节点14。在所述主材斜材连接节点14处，将铁塔主材与斜材进行连接固定。
现目前，对于常规四组合角钢主材斜材连接节点如图3所示，因填板12连接和主材肢宽的原因，通常主材与斜材4常采用一块与填板12厚度相同的连接节点板10进行连接，斜材4内力通过主材斜材连接节点板10传递给主材构件，如图4所示。此连接方式主材斜材连接节点板10较大，需超过两个角钢肢宽并满足斜材4连接需要，平面外刚度较弱，且与填板12厚度相同，所述主材斜材连接节点板10较大较厚，重量偏重。同时为满足与之相连的常规四组合角钢11主材连接的需要，此种方式四肢构件须设置大量填板15、填板16和填板17如图5所示，如十字填板。所述十字填板12由填板一15、填板二16、填板三17在焊接处18焊接成十字形。所述十字填板12被包围在常规四组合角钢11的内部，通过螺栓连接固定。十字填板的设置增加了焊接工作量，同时使得铁塔较重，加工和施工均不便。
现提出一种新的连接方式，如图6所示，一种无填板四组合角钢主材斜材连接节点，取消常规四组合角钢连接用填板12，在四组合角钢肢内合理设置一比单肢宽度略宽的主材斜材连接节点内贴板1灵活解决了主材2与斜材4连接的问题，相对原连接方式较大减小节点板尺寸和厚度。通过合理设置主材斜材连接节点内贴板1的尺寸和厚度，可最大限度的满足斜材4构件传力需要，同时使得常规四组合角钢不再采用十字填板而直接用连接部件9，例如螺栓进行连接，从而达到了提高主斜材连接节点板平面外刚度、有效降低塔重、减少焊接工作量、方便加工和施工的目的，使得四组合角钢构件在山区线路运用更为便利。
为了保证本发明所采用的无填板四组合角钢主斜材连接节点能有效降低塔重，减少焊接工作量，加工和施工方便，同时提高节点板平面外刚度，保证其安全可靠性。
如图6、图7所示，所述主材斜材连接节点内贴板1设置在主材斜材连接侧的角钢主材2任一单肢一侧，所述主材斜材连接节点内贴板1的方向与斜材4方向一致，并紧贴斜材4和角钢主材2。所述主材斜材连接节点内贴板1一面通过连接部件9，例如螺栓，与斜材4连接；所述主材斜材连接节点内贴板1另一面通过连接部件9，例如螺栓，与角钢主材2连接。
所述主材斜材连接节点内贴板1比角钢主材2单肢的宽度宽。所述角钢主材2为无填板四组合角钢。如图8所示，所述无填板四组合角钢包括：一号角钢5、二号角钢6、三号角钢7、四号角钢8，所述一号角钢5、二号角钢6、三号角钢7、四号角钢8两两直接接触，拼接为十字型，直接采用螺栓进行连接。
所述一号角钢5、二号角钢6、三号角钢7、四号角钢8的截面形状为L型或者直角型。所述L型的边A的长度与边B的长度相同或不同，所述L型的边A的厚度与边B的厚度相同或不同；所述直角型的边A的长度与边B的长度相同或不同，所述直角型的边A的宽度与边B的宽度相同或不同。主材斜材连接节点内贴板1的厚度大于或者等于被连接斜材4的厚度。一块主材斜材连接节点内贴板1上连接两根或者两根以上的斜材4。
本发明的关键点在于提供了无填板四组合角钢（见术语解释）铁塔主斜材连接节点型式，解决了目前国内暂无无填板四组合角钢铁塔主斜材连接节点连接构造型式的难题，提高了主斜材连接节点板平面外刚度，大大减小了节点板尺寸和重量，取消了常规四组合角钢（见术语解释）构件连接所需的填板，减轻了整塔重量，减少了焊接工作量，加工及施工更加简便，缩短建设工期。本发明为节点布置的连接型式及四组合角钢主材构件截面采用型式，以下几方面都属于本发明范畴：
（1） 主斜材连接节点在四组合角钢肢内采用内贴节点板，包括由其他截面组成类似角钢截面的型式（等边或不等边）；
（2） 主斜材连接节点内贴板的长度、宽度和厚度根据节点处的斜材内力大小和构造要求无级匹配，最大限度满足受力和构造要求；
（3） 主斜材连接节点四组合角钢主材构件采用无填板直接相连的型式，即四个角钢直接连接（或由其他构件组成的十字型截面）；
（4） 主斜材连接节点四组合角钢主材构件长度、宽度和厚度根据构件的内力大小和构造要求无级匹配，最大限度满足受力和构造要求。
本发明采用的无填板四组合角钢主斜材连接节点型式，借助有限元仿真模拟分析软件和真型试验设备，进行方案比选，确定了最佳主斜材连接节点型式。本发明实施的主要技术路线：进行大量的有限元仿真模拟分析计算，对比分析无填板四组合角钢主斜材连接节点的可行方案，通过技术经济比较，确定采用的最优的方案。进行确定方案的真型试验验证，进行无填板四组合角钢主斜材连接节点验证和设计优化。
有限元分析主要考察此类无填板四组合角钢主斜材连接节点传力的合理性、节点板及主要螺栓的传力性能、节点型式是否有效将斜材的作用力传递到无填板的四组合角钢主材构件、此种节点型式传力对无填板的四组合角钢主材构件受力性能的影响程度。
主斜材连接节点整体几何模型及模型单元划分如图11所示。有限元分析时，斜材取实际节间长度的一部分。为减少斜材偏心受力的情况，参照实际工程，斜材远端面限制侧向位移，不限制转角及轴向位移。主材角钢下端约束，其余自由。
整个模型在无填板的四组合角钢主材下端施加约束边界条件，节点处的斜材通过节点板及相应的螺栓耦合与主材连接，在主材上端和斜材端部共同施加相应的荷载条件进行节点受荷模拟加载，模拟荷载的传递，考察斜材的传力情况及主材的受力性能。根据有限元分析，通过有限元模型计算结果考察节点的受力性能，考察斜材的传力情况及主材的受力性能。分别考虑正侧面斜材和主材分别在拉压不同受力情况下，进行了“两种工况五组内力”的受力模拟分析，受力情况如下。
如图12所示，通过有限元应力图分析结果可见，无填板的四组合角钢主材最大应力位置主要位于与斜材连接的节点板处，节点板下方主构件应力受力较为均匀且比节点板上方主材构件应力小。根据应力分布图可见，此类节点型式有效地将斜材内力传至主材，因在节点处主材受到斜材传来的内力产生较大的变化，所以节点板处受力较大，同时因为斜材内力通过节点板有效传递给主材，主材再在四肢间分配，主材在节点板以下受力较为均匀，且应力大于节点板上方主材构件，主材构件在受到此类节点型式的传力后受力性能良好。该类节点整体受力性能良好，有效地传递了斜材的内力至无填板的四组合角钢主材。
如图13所示。通过有限元VON-MISE应力图分析结果可见，节点板在斜材和主材连接螺栓孔周边的应力相对集中外，其在与主材和斜材构件连接部位的应力稍大，其余部位应力相对较小且较为均匀。节点板的自身的受力性能较好，节点板能有效地将斜材的内力传递至无填板的四角钢主材，起到主斜材的“连接带”作用。
相关术语解释：
主斜材连接节点：指输电铁塔塔身主材（铁塔垂直方向四根主要受力构件）与正面和侧面斜材（铁塔正面和侧面投影上斜向交叉布置的构件）的连接点，如下图1、图2所示。
常规四组合角钢采用四肢等边角钢组合成十字型截面，需通过填板和螺栓共同连接四肢角钢，目前国内输电铁塔四组合角钢均采用此截面型式，构件截面如下图9所示。
无填板四组合角钢采用四肢等边角钢组合成十字型截面，但其无需通过填板连接四肢角钢，直接采用螺栓进行拼接，目前国内暂无，属首次运用，故称作“无填板四组合角钢”，构件截面如下图10所示。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。