避雷針結構法蘭盤高強螺栓風致疲勞研究.pdf

1、避雷針屬于高聳結構，多采用圓鋼管結構，圓鋼管節(jié)段之間采用法蘭盤連接。由于結構基頻較小，風荷載的作用下會產(chǎn)生大幅度的位移和振動，對鋼結構而言屬于疲勞荷載。高強螺栓作為避雷針中的主要聯(lián)接件，其疲勞強度直接影響避雷針的承載能力、安全性能和疲勞壽命。高強螺栓在實際工作中需要施加很大的預緊力，極易在螺紋根部形成應力集中區(qū)域，加之風荷載的動力作用，導致螺栓發(fā)生疲勞破壞，所以對避雷針法蘭盤高強螺栓的疲勞分析尤為重要。
　　本文首先運用ANSYS

2、對三種不同形式的避雷針建立梁單元模型，并進行了風振響應分析;獲取梁單元模型動力時程計算得到的應力時程，運用雨流計數(shù)法對該應力時程進行統(tǒng)計，得到變幅應力譜，基于Miner累計損傷理論和S-N曲線得出圓筒的疲勞損傷值;對避雷針法蘭盤連接部位建立局部精細化實體模型，使用梁單元模型動力時程計算所得的剪力和彎矩時程，對實體模型進行計算，得出高強螺栓上應力最大點的應力時程，運用雨流計數(shù)法對所得應力時程進行統(tǒng)計，得到變幅應力譜，根據(jù)Miner累積損傷

3、理論、S-N曲線和風速概率分布，得出螺栓疲勞損傷值;最后，分析了不同預緊力和法蘭盤厚度對高強螺栓疲勞性能的影響。主要結論如下:
　　(1)對三種避雷針的梁單元模型進行模態(tài)分析，得出了結構的自振頻率。模態(tài)分析得到的三種避雷針有限元模型的基頻與現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)基本吻合，驗證了有限元模型的正確性。
　　(2)在設計風荷載下，經(jīng)單跨和三跨構架避雷針的圓筒和法蘭盤高強螺栓風振疲勞分析可知，在單跨構架避雷針中，由于二支撐避雷針的彎矩風振系

4、數(shù)大于三支撐避雷針，相同時間內(nèi)二支撐避雷針圓筒和法蘭盤高強螺栓的疲勞損傷值均大于三支撐避雷針;三跨構架避雷針中，相同時間內(nèi)邊緣避雷針圓筒和法蘭盤高強螺栓的疲勞損傷值大于中部避雷針。
　　(3)在設計風荷載作用下，隨著預緊力的增大螺栓應力幅值減小，應力均值增大，相同時間內(nèi)螺栓的疲勞損傷值會減小，較高的預緊力可以有效提高螺栓的疲勞性能;但是，預緊力達到材料屈服強度與截面面積乘積的80％時，風荷載作用下螺栓局部區(qū)域的應力均值會超過材料的