1. خلفية البحث عن الخواص الميكانيكية لعقد برج الصلب الزاوية

كهيكل مهم في مشاريع مثل خطوط النقل وأبراج الاتصالات, تؤثر التصميم والخصائص الميكانيكية لأبراج الصلب الزاوية بشكل مباشر على سلامة واستقرار الهيكل العام. تشمل عقد برج الزاوية الفولاذية عادة ثلاثة أنواع: العقد الصلبة, العقد شبه الصخرية والعقد المفصلية. أنواع مختلفة من العقد لها اختلافات كبيرة في أداء الإجهاد, الصلابة وقدرة الحمل. .

1. العقد الصلبة

عادة ما تستخدم العقد الصلبة في الهياكل التي تتطلب ثباتًا كبيرًا, كما هو الحال في تصميم العقد الأسطوانة الخارجية لبرج قوانغتشو, وتستخدم العقد الصلبة لضمان الاستقرار العام والمحلي. العقد الصلبة يمكن أن تنقل لحظات الانحناء بشكل فعال وقوى القص, ولكن لديك قيود كبيرة على التشوه, لذلك يجب مراعاة تأثير تصلب العقدة على الهيكل العام أثناء التصميم.

2. العقد شبه الصبغ

تجمع العقد شبه الصلبة بين مزايا العقد الصلبة والمفصلة, ولديهم قدرات جيدة واستهلاك الطاقة. فمثلا, تحققت العقد ذات عمود الشعاع شبه الصخري المتصل بالزاوية العلوية والسفلية الصلب. بالإضافة الى, تُظهر دراسة الفولاذ الزاوية التي تربط بين زاوية الشبكات التي تربط العقد شبه المنقوشة في الزاوية العلوية والسفلية أن إضافة أضلاع تصلب جانبية يمكن أن تحسن بشكل كبير من صلابة وحمل العقد.

3. عقدة التعبير

عادة ما تستخدم العقد المفصلية في الهياكل التي تتطلب قدرات تشوه كبيرة, كما هو الحال في العقد البرج القطرية. يسمح النموذج المفصل للعقدة بالتدوير بحرية ضمن نطاق معين, وبالتالي تحسين مقاومة الرياح للهيكل.

2. تطبيق تحليل العناصر المحدودة في دراسة الخواص الميكانيكية لعقد برج الصلب الزاوية

تحليل العناصر المحدودة (الهيئة الاتحادية للبيئة) هي أداة مهمة لدراسة الخواص الميكانيكية لعقد برج الصلب الزاوية. من خلال محاكاة ظروف الإجهاد الفعلية, توزيع الإجهاد, يمكن التنبؤ بظروف التشوه وقدرة تحمل العقدة بدقة.

1. تحليل العناصر المحدودة غير الخطية على أساس ANSYS

يستخدم برنامج ANSYS على نطاق واسع في تحليل العناصر المحدودة غير الخطية لعقد برج الصلب الزاوية. فمثلا, في دراسة العقد عمود الشعاع شبه الصخري المفصل من الصلب الزاوية العلوية والسفلية, تم محاكاة منحنى توزيع الإجهاد والتباطرية للعقدة من خلال ANSYS, ومقارنة مع النتائج التجريبية تم التحقق منها. بالإضافة الى, تُظهر دراسة توصيل العقد بعمود الشعاع شبه الصلب مع فولاذ زاوية ويب مزدوجة وصلب زاوية أعلى القاع أن ANSYS يمكن أن يحاكي بدقة أداء الإجهاد للعقد شبه المنقوقة.

2. تأثير تغييرات الصلابة على أداء العقدة

تشير الأبحاث إلى أن التغييرات في تصلب العقدة لها تأثير كبير على الأداء الثابت واستجابة اهتزاز الرياح لبرج الصلب الزاوية. فمثلا, من خلال تحليل العناصر المحدودة, وقد وجد أن زيادة تصلب العقدة يمكن أن تحسن بشكل كبير من مقاومة الرياح للهيكل. بالإضافة الى, تم استخدام نموذج KSI-CHEN لتحليل منحنى زاوية لحظة الانحناء للعقدة على شكل K من UHV برج الإرسال, مزيد من التحقق من تأثير عدد البراغي على لحظة الانحناء النهائية وتصلب الدوران الأولي.

3. تحليل خصائص المواد

إن تطبيق الصلب عالي القوة في عقد برج الصلب الزاوية يحسن بشكل كبير من قدرتها على الحمل والليونة. فمثلا, سعة تحمل البلاستيك للعقد الفولاذية عالية القوة على الأقل 32% أعلى من الصلب Q345B العادي . بالإضافة الى, يوضح تطبيق الصلب عالي القوة Q420 في اتصالات شفة مرنة أيضًا أن المادة لديها مقاومة تعب ممتازة .

3. تحليل الخواص الميكانيكية للعقد النموذجية

1. عقدة على شكل K.

العقد على شكل K هي أشكال عقدة شائعة في أبراج الإرسال, وتتأثر خصائصها الميكانيكية بعوامل مثل عدد البراغي, تباعد الترباس, والأبعاد المستعرضة للصلب الزاوية الرئيسية. وقد أظهرت الدراسات أنه كلما زادت البراغي, كلما ارتفعت لحظة الانحناء والتصلب الدوراني الأولي للعقد. بالإضافة الى, من خلال تحليل العناصر المحدودة, وقد وجد أن البعد المستعرض للصلب الزاوية الرئيسية له تأثير كبير على صلابة العقدة وقدرة الحمل على الحمل.

2. العقد شبه الصبغ وعقد العمود

عقد عمود الشعاع شبه الصبغ هي شكل من أشكال الاتصال المستخدمة على نطاق واسع في أبراج الإرسال. تشير الأبحاث إلى أن العقد شبه الصخرية والعمود المتصلة بالزاوية العلوية والسفلية الصلب لها قدرات جيدة على استهلاك الطاقة وقدرات استهلاك الطاقة, ويمكن أن تقاوم الأحمال الديناميكية بشكل فعال مثل الزلازل. بالإضافة الى, تُظهر دراسة الفولاذ الزاوية التي تربط بين زاوية الشبكات التي تربط العقد شبه المنقوشة في الزاوية العلوية والسفلية أن إضافة أضلاع تصلب جانبية يمكن أن تحسن بشكل كبير من صلابة وحمل العقد.

3. عقدة التعبير

عادة ما تستخدم العقد المفصلية في الهياكل التي تتطلب قدرات تشوه أكبر. تظهر الأبحاث أن النموذج المفصل يسمح للعقدة بالتدوير بحرية ضمن نطاق معين, وبالتالي تحسين مقاومة الرياح للهيكل. بالإضافة الى, من خلال تحليل العناصر المحدودة, وقد وجد أن العقد المفصلية أظهرت قدرة تشوه جيدة وأداء استهلاك الطاقة عندما تتعرض لأحمال الرياح.

4. الخلاصة والتوقع

من خلال دراسة الخواص الميكانيكية للعقد النموذجية لأبراج الصلب الزاوية, يمكن استخلاص الاستنتاجات التالية:

1. العقد الصلبة مناسبة للهياكل التي تتطلب ثباتًا كبيرًا, لكن لديك قيود أكبر على التشوه;
2. تجمع العقد شبه الصلبة بين مزايا العقد الصلبة والمفصلة, ولديهم قدرات جيدة واستهلاك الطاقة;
3. العقدة المفصلية مناسبة للهياكل التي تتطلب قدرات تشوه كبيرة ويمكن أن تقاوم أحمال الرياح بشكل فعال;
4. إن تطبيق الفولاذ عالي القوة يحسن بشكل كبير من قدرة المحمل والليونة للعقد;
5. يعد تحليل العناصر المحدودة أداة مهمة لدراسة الخواص الميكانيكية لعقد برج الصلب الزاوية, ويمكن أن تتنبأ بدقة بتوزيع الإجهاد, تشوه وقدرة تحمل العقد.

يمكن للأبحاث المستقبلية أن تستكشف تأثير المواد وأشكال الاتصال المختلفة على أداء عقدة أبراج الصلب الزاوية, وتحسين تصميم العقدة بالاقتران مع الحالات الهندسية الفعلية لتحسين سلامة واقتصاد الهيكل.