Блог

May 14, 2023

Экспериментальное/численное исследование круглого ребра

Научные отчеты, том 12,

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 8823 (2022) Цитировать эту статью

922 Доступа

Подробности о метриках

Сосредоточив внимание на фланцевых соединениях с круглыми ребрами жесткости с внутренними и внешними фланцевыми пластинами, называемыми внутренним-внешним фланцем, экспериментально изучается механическое поведение фланца, подвергающегося комбинированной изгибающей и растягивающей нагрузке. Для исследования влияния эксцентриситета на механическое поведение использовались четыре номинально идентичных образца. Представлено распределение зазора между фланцевыми пластинами, а также распределение усилий болтов. Установлено, что по мере увеличения эксцентриситета нейтральная ось будет постепенно приближаться к центральной оси фланцевого соединения. Более того, при наличии достаточно прочных ребер, сварных швов и фланцевых пластин на прочность фланца в основном влияет прочность болта. Хорошее согласие обнаружено при сравнении результатов, полученных методом конечных элементов, полуаналитическим методом (SAM) и экспериментальным исследованием. Это подтверждает обоснованность использования предположения о разрушении болта и предположения о плоском поперечном сечении в SAM для аппроксимации несущей способности внутреннего-наружного фланца. Что касается взаимодействия прочности на растяжение с способностью на изгиб, результаты экспериментов и литературные данные сравниваются с кривыми, определенными нормами, и делаются выводы по проектированию. Предел текучести, определяемый как нагрузка, при которой напряжение болта достигает предела текучести, рекомендуется здесь для проектирования конструкции в эксплуатационном состоянии. Установлено, что спецификации действующих норм для фланцев с ребрами жесткости с одной фланцевой пластиной иногда завышают предел текучести внутренних и внешних фланцев при комбинированной изгибающей и растягивающей нагрузке. Более того, как экспериментальные, так и численные результаты показывают линейную кривую взаимодействия нагрузки с точки зрения предельной мощности.

Круглые фланцы как болтовое соединение конструкций часто используются для соединения трубчатых элементов круглого сечения в трубчатых конструкциях. Однако традиционные круглые фланцы, имеющие лишь одну внутреннюю/внешнюю фланцевую пластину (фланец SI/SO), иногда не могут удовлетворить требования высокой прочности, возникающие при проектировании высокой опоры/опоры электропередачи при тяжелых нагрузках1. Ввиду этого, при условии труб большого диаметра, Дэн и др.1 разработали многообещающее фланцевое соединение с круглыми ребрами жесткости и двойными фланцевыми пластинами, называемое внутренним-наружным фланцем, которое значительно улучшило бы пропускную способность соединения. и был реализован в обширных конструкциях передающих башен с длинными пролетами, таких как передающая башня высотой 380 м (башня Цзиньтан), расположенная на островах Чжоушань, Китай2.

В качестве высокопрочного болтового соединения внутренние и внешние фланцы можно идентифицировать по двум основным характеристикам: ребрам, а также внутренним и внешним фланцевым пластинам. На рис. 1 показан фактический внутренний и внешний фланец, используемый в трубчатой ​​опоре электропередачи. Хотя неусиленный фланец SI/SO признан экономичным соединением и широко применяется в трубчатых конструкциях, подрывное действие3,4,5,6,7,8,9,10, которое часто возникает в неусиленных фланцах, будет Это приведет к увеличению силы затяжки болта и тем самым уменьшит несущую способность фланца, которая в основном определяется прочностью болта. Стоит отметить, что различные аналитические модели, подтвержденные экспериментальными исследованиями3,4, анализом методом конечных элементов (FE)5,6,7 или обоими методами8,9,10, были разработаны для точного аппроксимации действия подрыва. Усиление фланца с помощью ребер, как указано в китайских и японских нормах11,12, является эффективным методом уменьшения действия подрыва за счет повышения жесткости пластины фланца вне плоскости и поэтому применяется во внутренних конструкциях. внешние фланцы. Следует отметить, что китайский нормативный документ «Технический регламент проектирования стальных трубчатых башенных конструкций воздушных линий электропередачи» (ДЛ/Т 5254-2010)11 предполагает, что подрывное действие можно не учитывать для круглых фланцев с ребрами жесткости, которые обычно проектируются. Кроме того, требование высокой пропускной способности при соединении труб круглого сечения большого диаметра (до 2300 мм в башне Цзиньтан2), а также ограничение на размер болтов в инженерной практике приводят к появлению большого количества фланцевых болтов, которые невозможно быть хорошо расположены в одной внешней фланцевой пластине. Таким образом, для внутренних и внешних фланцев1 предлагается использовать дополнительную внутреннюю фланцевую пластину, чтобы можно было использовать больше фланцевых болтов для улучшения как прочности, так и изгиба фланцевого соединения.