[00133205]蒙东地区低温条件下塔材性能研究

本项目来源于国网内蒙古东部电力有限公司2015年研究开发项目《蒙东地区低温条件下塔材性能研究》。 蒙东地区新建的伊敏-红城-兴安500kV输变电工程（伊兴乌）（伊敏-红城段）,主要经过呼伦贝尔市的鄂温克族自治旗、新巴尔虎左旗,兴安盟的阿尔山市等地区,线路全长2×245km。作为严寒地区重要的超高压输电线路,线路大范围进入冻土及寒冻影响区,个别标段最低气温达到-45℃,这不仅使得工程施工面临较大挑战,而且直接影响着输电线路的安全运行。 对于极端寒冷地区,如何提高输电线路铁塔结构抵御自然灾害的能力,提高线路安全运行水平是一个重要的研究课题。输电铁塔节点多采用螺栓连接,作为铁塔结构的关键部位,其受力情况复杂,因此一直是结构设计过程中关注的重点。在低温情况下,塔材的材料性能会发生韧性和塑性降低现象,同时由于在塔材冲孔工艺开孔过程中,螺栓孔内表面存在微裂纹,成为裂纹源,从而容易导致脆断事故的发生。研究表明影响钢材力学性能和断裂韧性的主要因素有温度、化学成分、几何形状及尺寸、加工工艺和加载速率等。温度对钢材的力学性能有较大影响,钢材的强度随温度降低而提高,钢材的塑性和韧性随温度的降低而减小,由于缺乏使用经验和试验基础,在低温条件下高强度钢材的应用和推广受到一定的限制。 本项目针对500kV输电线路铁塔常用的Q345和Q420高强度钢材及焊缝在低温条件下的机械力学特性进行研究,给出低温条件下钢材的设计强度的选择方法和韧性变化规律;针对典型的输电线路铁塔螺栓连接节点,通过螺栓连接节点拉伸试验,分析加工工艺、温度以及螺栓排列方式对输电铁塔塔材力学性能的影响规律;建立包含螺栓的塔材构件精细有限元模型,研究塔材构件上的应力分布情况以及改善构件应力分布的方法,研究成果为地区输电铁塔选材提供依据,为低温地区输电铁塔设计提供设计参考和实践依据,为高强钢的推广和应用提供基础。 本项目的主要创新点包括： 1.通过低温冲击试验和拉伸试验,研究了Q345B和Q420C角钢的低温冲击韧性,分析了低温对不同厚度、不同材质的角钢及焊缝的低温韧性影响规律,给出了钢材及焊缝的韧性变化曲线和强度折减系数,为低温地区输电铁塔选材提供了依据; 2.采用试验研究的方法,对500kV输电铁塔螺栓连接节点进行低温拉伸试验研究,研究温度、加工工艺、螺栓直径和排列方式对螺栓连接节点强度的影响规律,为低温地区输电铁塔设计提供了依据; 3.采用有限元仿真方法,建立了包含螺栓的塔材构件精细有限元模型,分析了螺栓直径、排列方式及预紧力等因素的对节点应力分布的影响规律,给出了改善构件应力分布、减小应力集中的方法。