一种高颈张拉防松法兰连接节点及安装方法

摘要

本发明涉及一种高颈张拉防松法兰连接节点及安装方法，该连接节点包括由上至下依次连接的上分段钢管构件(1)、上法兰(2)、下法兰(5)和下分段钢管构件(8)，所述的上法兰(2)和下法兰(5)通过高强螺栓(6)连接，所述的上法兰(2)的法兰板和下法兰(5)的法兰板之间设有平衡劲板(3)，所述的平衡劲板(3)和上分段钢管构件(1)以及上法兰(2)的法兰板固定连接。与现有技术相比，本发明具有制造安装方便、稳定性好、使用寿命长和维护成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及高耸钢结构技术钢管构架塔领域，尤其是涉及一种高颈张拉防松法兰连接节点及安装方法。

背景技术

随着高耸钢结构和风力发电塔的发展，针对高耸钢结构尤其是风力发电塔等在风荷载和机械运行作用下疲劳效应显著的结构，塔筒或塔柱分段之间通常采用法兰连接，法兰螺栓受力较大，在疲劳循环荷载作用下法兰处于拉压交变状态，螺栓容易松动，而螺栓松动后应力幅攀升，导致螺栓疲劳寿命急剧下降，甚至会出现螺栓疲劳断裂，影响结构安全。

目前风电行业应对法兰螺栓松动的方法是对螺栓定期复拧，螺栓数量较多，维护工作量较大，且螺纹发生塑性变形和微动磨损后扭矩系数发生变化，未必能够保证扭矩和螺栓拉力之间的理想化转换。且随着风塔轮毂高度的不断上升，传统单管钢塔结构形式面临挑战，出现了钢管构架式风塔结构方案，相比塔筒法兰，该类塔架塔柱法兰螺栓维护更为困难。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高颈张拉防松法兰连接节点及安装方法，制造安装方便，稳定性好，使用寿命长，可以实现免维护或大幅降低维护频率，以降低维护成本。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高颈张拉防松法兰连接节点，包括由上至下依次连接的上分段钢管构件、上法兰、下法兰和下分段钢管构件，所述的上法兰和下法兰通过高强螺栓连接，所述的上法兰的法兰板和下法兰的法兰板之间设有平衡劲板，所述的平衡劲板和上分段钢管构件以及上法兰的法兰板固定连接。所述的平衡劲板加大了高强螺栓的长度，张拉完成后高强螺栓储存的应变能较大，减小服役期内的螺栓预紧力损失，使用寿命长，稳定性好。

进一步地，所述的高强螺栓和平衡劲板的数量均为多个，多个高强螺栓和多个平衡劲板以上分段钢管构件为中心沿环向均匀交叉设置。

进一步地，所述的下法兰为锻造法兰，强度和抗疲劳性能高，所述的下法兰的法兰板的接触面区域较大，容易保证接触面平整，即使上法兰的法兰板与平衡劲板在水平面上存在焊接误差，也不影响接触面贴合度，使得连接节点的受力几乎不受影响，降低了对上法兰的焊接精度的要求。

进一步地，所述的平衡劲板通过第一焊缝与上分段钢管构件以及上法兰的法兰板固定连接，所述的第一焊缝为T形连接焊缝或角焊缝；所述的下法兰通过第二焊缝与下分段钢管构件连接，所述的第二焊缝为双面全熔透对接焊缝；所述的上法兰的法兰板通过第三焊缝与上分段钢管构件连接，所述的第三焊缝为全熔透或部分熔透T形连接焊缝。

进一步地，所述的平衡劲板为矩形，所述的平衡劲板靠近上法兰的法兰板和上分段钢管构件的顶角处设有弧形的第一缺口，避免第一焊缝和第三焊缝相交，所述的平衡劲板靠近下法兰的边缘上设有第二缺口，使上法兰与下法兰更容易顶紧，整个连接节点的实际情况与计算模型一致。

一种采用所述的高颈张拉防松法兰连接节点的安装方法，具体为：

将上分段钢管构件和上法兰的法兰板固定连接，将平衡劲板与上分段钢管构件以及上法兰的法兰板固定连接，将下法兰与下分段钢管构件固定连接，通过高强螺栓采用直接张拉法连接上法兰和下法兰，所述的平衡劲板位于上法兰的法兰板和下法兰的法兰板之间。

所述的平衡劲板加大了高强螺栓的长度，采用直接张拉法施工时预紧力损失较小，张拉完成后高强螺栓储存的应变能较大，减小服役期内的螺栓预紧力损失，使螺栓稳定性好，连接节点的使用寿命长，

与现有技术相比，本发明具有以如下有益效果：

(1)本发明在上法兰的法兰板和下法兰的法兰板之间设置平衡劲板，再通过高强螺栓连接上法兰和下法兰，平衡劲板加长了高强螺栓的自由长度，提高了高强螺栓张拉后的弹性应变能，使得运行阶段高强螺栓的螺纹出现微小的塑性变形和微动磨损时，减小对预紧力的影响较小，保证上法兰和下法兰之间的螺栓预紧力保持稳定，减少维护成本，同时由于高强螺栓的加长，下法兰与下分段钢管构件的连接部位远离连接节点应力集中区域，提高该连接部位的抗疲劳性能，进一步提高连接节点的稳定性和使用寿命；

(2)本发明采用直接张拉法安装高强螺栓，安装完成后高强螺栓内不存在残余扭矩，避免拉压交变状态下高强螺栓内的残余扭矩导致螺母发生回转，消除了螺母回转的内因，使螺母保持紧固，提高节点的安全性和稳定性；

(3)本发明均匀交替设置多个平衡劲板，连接节点的刚度大，稳定性强；

(4)本发明采用锻造法兰作为下法兰，强度和抗疲劳性能高，保证接触面平整，即使上法兰与平衡劲板在水平面上存在焊接误差，也不影响接触面贴合度，使得连接节点的受力不受影响，贴合度好，降低了对上法兰焊接精度的要求。

附图说明

图1为连接节点的装配图；

图2为连接节点的爆炸结构图；

图3为上法兰的结构示意图；

图4为下法兰的结构示意图；

1.上分段钢管构件，2.上法兰，3.平衡劲板，4.第一焊缝，5.上法兰，6.高强螺栓，7.第二焊缝，8.下分段钢管构件，9.第三焊缝，10.螺母，11.垫片，31.第一缺口，32.第二缺口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种高颈张拉防松法兰连接节点，如图1、图2、图3和图4，包括由上至下依次连接的上分段钢管构件1、上法兰2、下法兰5和下分段钢管构件8，上法兰2和下法兰5通过高强螺栓6、螺母10和垫片11连接，上法兰2的法兰板和下法兰5的法兰板之间设有平衡劲板3，平衡劲板3和上分段钢管构件1以及上法兰2的法兰板固定连接。

高强螺栓6和平衡劲板3的数量均为多个，多个高强螺栓6和多个平衡劲板3以上分段钢管构件1为中心沿环向均匀交叉设置，连接节点的刚度大，稳定性强。

下法兰5为锻造法兰，强度和抗疲劳性能高，下法兰5的法兰板的接触面区域较大，容易保证接触面平整，即使上法兰2的法兰板与平衡劲板3在水平面上存在焊接误差，也不影响接触面贴合度，使得连接节点的受力几乎不受影响，降低了对上法兰的焊接精度的要求。

平衡劲板3通过第一焊缝4与上分段钢管构件1以及上法兰2的法兰板固定连接，第一焊缝4为全熔透T形连接焊缝；下法兰5通过第二焊缝7与下分段钢管构件8连接，第二焊缝7为双面全熔透对接焊缝；上法兰2的法兰板通过第三焊缝9与上分段钢管构件1连接，第三焊缝9为全熔透T形连接焊缝。

平衡劲板3为矩形，平衡劲板3靠近上法兰2的法兰板和上分段钢管构件1的顶角处设有弧形的第一缺口31，避免第一焊缝4和第三焊缝9相交；平衡劲板3靠近下法兰5的边缘上设有第二缺口32，使上法兰2与下法兰5更容易顶紧，整个节点实际情况与计算模型一致。

实施例2

本实施例中第一焊缝4为角焊缝，其它与实施例1相同。

实施例3

本实施例中第三焊缝9为部分熔透T形连接焊缝，可加厚上分段钢管构件1和上法兰2的法兰板的壁厚，提高连接节点的刚度，其它与实施例1相同。

实施例4

与实施例1对应的一种采用高颈张拉防松法兰连接节点的安装方法，具体为：

将上分段钢管构件1和上法兰2的法兰板焊接，将平衡劲板3与上分段钢管构件1以及上法兰2的法兰板焊接，将下法兰5与下分段钢管构件8焊接，对焊缝以及上法兰2和下法兰5的接触面做磨平处理，通过高强螺栓6采用直接张拉法连接上法兰2和下法兰5，平衡劲板3位于上法兰2的法兰板和下法兰5的法兰板之间，平衡劲板3以及上分段钢管构件1均与下法兰5的法兰板接触。

高强螺栓6采用直接张拉法施工，使高强螺栓6单向受拉，避免长期处于拉剪复杂应力状态下，同时避免残余扭矩导致拉压交变情况下的螺母10回转。

在工厂中完成所有焊接工作，在施工现场通过高强螺栓6对上法兰2和下法兰5进行拼装。

实施例1、实施例2、实施例3和实施例4提出了一种高颈张拉防松法兰连接节点及安装方法，通过平衡劲板3将上法兰2的法兰板和下法兰5的法兰板隔开，加长了连接上法兰2和下法兰5的高强螺栓6的长度，同时通过直接张拉法安装高强螺栓6，减小了高强螺栓6的预紧力损失，保证连接节点安全可靠，使用寿命长，制造安装方便，稳定性好，使用寿命长，可以实现免维护或大幅降低维护频率，以降低维护成本，尤其适合用于钢管构架式风塔分段塔柱连接。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。