偏心距e的影响
时间:2019-06-24 11:19 来源:孟村法兰 作者：孟村法兰
锻造法兰在钢管塔结构中并非完全处于轴心受力状态，实际受力为偏心受拉或偏心受压。为研究锻造法兰的偏心受拉性能，以模型FCC2 为例，建立了4 种偏心距的锻造法兰模型，如表3.5 所示。在加载端钢管设置一刚性加载板，通过在刚性加载板上施加偏心受拉线荷载，模拟锻造法兰的拉弯受力状态。
图3.15（a）为不同偏心距时锻造法兰节点的荷载-位移曲线对比。由图3.15（a）可知，随着偏心距的增加，法兰节点的初始刚度和承载力均逐渐下降。偏心距对螺栓拉力的影响如图3.15（b）、3.15（c）所示。由图可知，相同荷载作用下，随着偏心距增大，偏拉侧螺栓拉力逐渐增大，而偏压侧螺栓拉力减小，偏心距在50mm 及以上时，偏压侧螺栓拉力变化很小，表明此时法兰节点受力严重不均匀（如图3.16所示），材料利用率低。由图3.15（d）可知，偏拉侧法兰盘内缘张开距离随偏心增加迅速增大，表明荷载较小时，偏拉侧螺栓发生明显的轴向拉伸和弯曲变形，对法兰受力很不利，与图3.15（a）中法兰节点承载力显著下降的结果一致。由图3.15（e）可知，不同偏心距时，节点位移超过一定值后，法兰盘内缘张开距离基本不变，表明法兰颈部进入塑性，发生了较大变形。
为进一步分析偏心荷载下法兰节点的受力情况，对屈服时法兰节点受力进行研究。图3.17 为锻造法兰节点（e=50mm）的von-Mises 应力及变形图，由图3.17（a）、3.17（b）可知，偏拉侧锻造法兰和螺栓的应力偏大，部分单元已进入塑性，而偏压侧基本保持弹性，节点应力分布不均匀。由图3.17（c）可知，偏拉侧接触应力偏大，且分布在法兰盘外边缘区域内，结合法兰节点的变形图3.17（d）可知，偏拉侧法兰盘发生了一定的翘曲变形，法兰盘间互相顶紧产生撬力；偏压侧接触应力较小且位于法兰盘螺栓中心线区域，与图3.16（a）中法兰无撬起变形一致。因此，应尽量避免锻造法兰节点出现大偏心受力的情况。
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