输电铁塔中连接滑移的不确定性及结构非线性分析与设计方法研究

Bolted joint slippage is common in lattice transmission tower and its load- deformation curve has very high uncertainty in practice. Traditionally space truss model is used to determine the transmission tower structure internal force, but commonly it can not reflect the actual mechanics characteristic of angle member. In the presented research, the typical bolted connections of lattice transmission tower are studied by full-scale experiment and FEM simulation to analysis the processes of load-deformation under transverse load, and the equivalent simplified model of bolted joint slippage is establish afterwards. The uncertainty parameters, which influence the bolted joint load-deformation curves are determined, and the quantitative description method are presented. And on this basis, the parameterize FEM model is build according to the lattice tower drawing, and the uncertainty of bolted joint slippage effects are included. The combination of network response surface and Monte Carlo simulation method is used to solve the safety evaluation problem of implicit performance function. Further more, the reliability and safety of lattice tower structure is evaluate, and the uncertainty of joint slippage effects on the safety of transmission tower under various loads is studied to improve traditional tower analysis and design methods.

输电铁塔中螺栓连接节点的连接滑移现象十分普遍，并且其载荷-变形过程具有很大的不确定性。传统输电铁塔分析方法常常采用空间桁架模型计算结构内力，有时不能准确反映输电铁塔中构件的真实受力情况。本课题针对输电铁塔中典型的节点构造形式，通过节点真型实验，并结合有限元仿真分析的方法，建立螺栓连接滑移的等效简化模型，并针对影响连接滑移载荷-变形过程不确定性的因素进行研究，给出其定量描述方法。在此基础上，考虑螺栓连接滑移不确定性的影响，建立输电铁塔的参数化有限元模型，针对其功能函数为随机变量隐性表达的特点，采用神经网络响应面方法，构建铁塔响应变量与随机输入变量之间的近似解析表达式，再基于Monte-Carlo模拟方法，研究螺栓连接滑移不确定性对输电铁塔安全性与可靠性的影响，并与现有方法的分析与设计结果进行对比，给出考虑螺栓连接滑移影响的等效简化方法，从而完善现有的输电铁塔的设计理论和方法。

输电铁塔中螺栓连接节点的连接滑移现象十分普遍，并且其载荷-变形过程具有很大的不确定性。传统输电铁塔分析方法常常采用空间桁架模型计算结构内力，有时不能准确反映输电铁塔中构件的真实受力情况。本项目围绕铁塔中螺栓连接节点的连接滑移现象以及输电线路铁塔结构非线性性能展开研究，取得了以下主要成果：针对输电铁塔中典型螺栓连接节点，通过大量不同角钢型号、不同螺栓直径、不同排列方式螺栓连接节点静态拉伸试验，获得了螺栓连接的载荷-变形过程以及节点的破坏载荷和破坏规律，给出了螺栓连接滑移模型，并确定了模型的取值方法，对其参数进行了统计分析给出了其分布规律；基于节点内外力平衡原则，推导了考虑连接滑移、连接半刚性和连接偏心的梁柱单元切线刚度矩阵，依据简化的螺栓连接滑移模型，同时考虑节点连接偏心、杆件初始缺陷等因素影响，建立了特高压输电铁塔的分析模型，采用非线性直接分析方法，研究了螺栓连接滑移对结构，特别是高柔结构内力及变形的影响规律；针对输电线路塔-线体系非线性问题研究了其简化分析方法，给出了简化模型，分析了其静动态特性；采用杆件轴向刚度等效折减的方法考虑连接滑移的影响，建立了塔身模型的参数化有限元模型，确定了随机输入变量和输出变量，并采用拉丁超立方抽样方法，通过直接蒙特卡洛模拟法，得到了不同工况下输电铁塔结构内力，研究了螺栓连接滑移对铁塔结构内力的影响规律，给出了考虑连接滑移不确定性的输电铁塔非线性分析与设计方法。课题研究成果对于输电线路的分析、设计与评估具有重要意义和实用价值。