输电铁塔十字组合角钢主材稳定承载力研究

以十字组合角钢构件为研究对象,研究构件轴心受压失稳方式,对GB 50017-2003《钢结构设计规范》、DL/T 5154-2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》、ASCE 10-97《美国输电铁塔导则》有关轴心受压长细比取值规定及受压稳定承载力计算方法进行对比分析。研究表明:3种规范有关双轴对称十字截面构件的计算长细比取值均考虑扭转屈曲的影响;ASCE 10-97和DL/T 5154-2012轴心受压稳定承载力计算考虑了翼缘外伸宽厚比对稳定强度的折减。GB 50017-2003与DL/T 5154-2012有关十字组合角钢受压稳定承载力计算结果接近,且均小于ASCE规范。     

十字组合角钢构件受压稳定承载力分析

以十字组合角钢构件为研究对象,研究构件轴心受压失稳方式,对GB50017—2003《钢结构设计规范》、DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》、ASCE10—1997《美国铁塔设计导则》有关轴心受压长细比取值规定及受压稳定承载力计算方法进行对比分析。研究表明:三种规范有关双轴对称十字截面构件的计算长细比取值均考虑扭转屈曲的影响;ASCE10—1997《美国铁塔设计导则》和DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》轴心受压稳定承载力计算考虑了翼缘外伸宽厚比对稳定强度的折减。GB50017—2003《钢结构设计规范》与DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》有关十字组合角钢受压稳定承载力计算结果接近,且均小于ASCE10—1997《美国铁塔设计导则》。     

输电铁塔单角钢轴压承载力计算公式及试验研究

国内外规范中关于单角钢轴压承载力的计算理论及计算值不尽相同,按照ASCE 10-97计算所得的承载力安全保障不足,而按照国内规范设计则安全裕度较大,偏保守。针对国内外规范计算得到的单角钢轴压承载力差异较大的问题,对比分析了各相关规范关于单角钢轴压承载力的计算理论,开展了3个规格3种长细比的Q345单角钢的轴压承载力试验;探讨了国内外单角钢轴压承载力试验值与规范值的差异。经分析研究可知,当长细比较大时,角钢主要发生绕最小轴的弯曲破坏,此时宽厚比对单角钢轴压承载力的影响不大,对宽厚比有限值的公式可在长细比较大时对其进行修正;按照美国规范ASCE 10-97计算出的角钢承载力规范值与试验结果吻合较好,我国规范《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154—2002)可参考美国规范的计算方法来进行修正。     

Q460高强角钢轴心受压构件极限承载力试验研究

为研究Q460高强角钢轴压构件的受力性能,采用静力试验对试件破坏状态和稳定承载力进行分析,两端设置球铰、单刀口铰和双刀口铰支座,分析了不同铰接方式对构件受力性能的影响。结果表明,采用不同支座均能很好地反映杆件的受力性能;短构件的极限承载力由钢材强度控制,长细比变化对其影响很小,长细比等于30和45的试件以局部破坏为主,长细比等于60和80的杆件以整体弯曲失稳为主。比较试验和各规范理论计算结果发现,试验值显著高于中国DL/T5154—2002杆塔技术规定计算值,与美国ASCE 10—97导则计算值吻合较好。     

输电铁塔十字组合双角钢构件稳定性规范对比

以输电铁塔十字组合双角钢构件为研究对象,对美国《输电铁塔设计导则》(ASCE 10)、英国《铁塔设计规范》(BS 8100)、欧洲《45kV以上交流架空输电线路设计规范》(EN 50431)中关于十字组合双角钢轴心受压构件稳定承载力计算方法进行了介绍,并与我国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154)及《钢结构设计规范》(GB 50017)进行对比分析。结果表明:对于十字组合双角钢构件稳定性,GB 50017和ASCE 10同时考虑扭转屈曲和弯曲屈曲,DL/T 5154,EN 50431,BS 8100仅考虑弯曲屈曲;对于十字组合双角钢构件弯曲长细比,DL/T5154按实腹式构件计算两个轴的弯曲长细比,BS 8100和EN 50431对于虚轴采用换算长细比进行计算;对于输电铁塔十字组合双角钢构件的轴压稳定抗力,BS 8100和EN 50431计算结果接近,且大于DL/T 5154计算结果,ASCE10计算结果大于GB 50017。     

偏心受压单角钢构件力学性能试验研究

为了研究单边连接角钢在输电铁塔斜杆中的受力性能,采用与肢边平行的刀口铰支座,对48根等边角钢与62根不等边角钢试件进行了偏心受压试验稳定承载力研究。分析了节点板厚度、螺栓数量对其承载力影响,考察了不同长细比时角钢的破坏模式、承载力及其变形形态,并与国内外规范中局部稳定宽厚比限值进行了比较。研究结果表明:长细比小于35的等边角钢与长细比小于40的不等边角钢发生了局部屈曲破坏,反之发生整体屈曲破坏,其中包括弯曲屈曲与弯扭屈曲两种;角钢承载力随着偏心距增加而逐渐下降,当等边角钢长细比超过175或者不等边角钢长细比超过150时,偏心对承载力的影响可忽略;当长度相同时,等边角钢承载力略高于不等边角钢,二者差值随长细比增加而减小;随着长细比增加,角钢弯曲轴从肢边平行轴逐渐向弱主轴转动,其稳定系数相较于规范值来说时高时低,承载力应根据实际弯曲轴对应的长细比进行确定。该类角钢构件局部稳定宽厚比限值应低于我国现有规范GB 50017—2017与DL/T 5154—2012的规定值。     

高强度角钢轴心受压构件稳定设计方法研究

Q420和Q460高强度热轧等边角钢在钢结构中的应用逐渐增多,由于强度提高,部分角钢截面的宽厚比超过规范限值,不满足局部稳定性的要求。GB 50017—2003《钢结构设计规范》对于这一问题并没有给出相应的计算方法和设计规定。结合DL/T 5154—2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》和美国ANSI/ASCE 10—97《输电铁塔设计导则》的相关规定,研究Q420和Q460高强度热轧等边角钢轴心受压构件稳定承载力的设计计算方法,分析了上述规范中对于高强度角钢轴心受压构件稳定设计方法的合理性,为相关设计提供了参考。     

中美杆塔规范角钢稳定问题对比研究

在输电杆塔设计领域,美国规范作为世界范围内所公认和通行的主流标准之一,具有重要的地位。本文将我国的DL/T5154-2012《架空输电线路杆塔结构技术规定》与美国的ASCE10-97《Design of Latticed Steel Transmission Structures》在稳定性方面进行了对比研究,并通过具体算例比较了两个规范在稳定性计算方面的差异。研究结果表明,在相同的长细比的条件下,中国规范稳定系数的计算值与美国规范相比偏小,美国规范的稳定承载力与中国规范承载力差值呈现出先增大后减小的趋势。因此,基于中国杆塔设计规范的角钢稳定系数取值可以适当增大,或增加承载力调整系数,以便更加合理的利用材料。     

中美输电塔轴心受力构件承载力计算研究

通过采用中国GB 50017—2003《钢结构设计规范》、中国DL/T 5154—2012《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》、美国ANSI/AISC 360—05《建筑钢结构设计规范》与美国ASCE 10—97《格构式输电铁塔结构设计》对输电塔轴心受力构件承载力进行分析,并通过算例对输电塔工程设计中采用的DL/T 5154—2012和ASCE 10—97稳定系数和承载力的差异进行比较,所做研究结果可为工程设计提供参考。     

单面螺栓连接单角钢压杆的承载力试验

根据70根角钢压杆构件的试验结果,并结合有限元分析模型考察了单面螺栓连接跨中有支撑的单角钢的极限承载力和不同长细比下的破坏模态,提出了提高该类构件承载力的构造措施,同时在查阅和比较各国多个相关规范和文献的基础上,对《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154—2002）的压杆稳定计算公式提出了修改建议。分析结果表明：小长细比构件易发生连接肢的端部局部失稳,大长细比构件则易发生弯曲整体失稳,构件沿最小轴和平行轴失稳宜采用不同的换算长细比公式;所得结果为今后的铁塔设计工作提供了理论依据。     

单边连接高强角钢受压力学性能的试验研究

通过对48根Q460高强角钢单边连接压杆承载力试验,对其受力性能和变形进行研究。由试验可知:试件绕平行于连接板的轴线发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件大多为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲。将试验极限荷载值与美国ASCE 10—1997《输电铁塔设计导则》理论值进行对比,结果表明,试验值略大于美国规范值,因此,可以用美国ASCE 10—1997对单边连接Q460高强等边角钢压杆进行设计,且设计偏于安全。     

高强单角钢一端偏心压杆极限承载力试验研究

为了研究输电塔中Q460高强角钢一端偏心压杆受力性能,通过试验与理论计算方法分析了受压试件的整体稳定和局部屈曲情况,试件轴心端采用球铰和双刀口支座模拟,考察了不同端部条件和残余应力等对角钢受力性能的影响,结果表明：试件轴心端无论采用球铰支座或双刀口支座形式,均能较准确反映角钢构件的受力性能,残余应力对试件承载力影响小于5％。比较了试验、有限元法、美国《输电铁塔设计导则》（ASCE 101997）和中国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 51542002)对角钢极限承载力值的不同处理方法,指出采用DL/T 51542002 标准计算方法对高强钢杆件承载力得出的结果偏保守,在此基础上,提出了对实际材料强度除以抗力分项系数rR=1.111后改造的ASCE设计方法。     

大宽厚比对称填板双角钢十形组合构件轴压试验与设计方法对比

对于扭转长细比大于弯曲长细比的大宽厚比对称填板双角钢十形组合构件而言,各规范采用不同方法来计算其稳定系数,填板的构造规定也有所不同,有必要结合试验实测数据,检验不同方法的计算精度和填板构造方式对承载力的影响。为此,进行了2类对称填板,共32个双角钢十形组合试件的轴压试验,得到了试件的应变、极限载荷等。试件横截面各测点应变差异较大,且破坏后轴线明显弯曲,该现象表明,虽然各试件的扭转长细比明显大于弯曲长细比,但所有试件最终发生了弯曲失稳。根据试件实测结果检验了不同设计方法的稳定系数计算精度,结果表明:扭转长细比大于弯曲长细比或试件两端之间仅有1个填板时,试件均表现出了良好的承载能力;按GB 50017—2003《钢结构设计规范》中扭转长细比确定的稳定系数远低于研究所得的试件实测值,而弯曲长细比对应的稳定系数与试验的实测值很接近;大多短角钢填板双角钢十形组合试件的轴向承载力略高于焊接填板试件,但前者的造价较低,推荐使用。     

基于子结构试验的一端偏心受压高强角钢受力性能研究

为了研究符合实际工程边界条件下,一端偏心连接的Q460高强等边单角钢的受力性能及极限承载力,将其设计在类似输电铁塔横担的子结构中,进行破坏性静力试验。试验研究表明:一端偏心连接的高强角钢受压时发生弯扭屈曲,变形集中于偏心端,且连接肢发生明显的局部屈曲。试验构件ASCE10-1997计算值与试验值吻合较好,可以为高强角钢设计提供依据,而我国DL/T 5154-2002规范用于Q460高强角钢设计偏保守。子结构中试验角钢的变形过程和受力性能与单根试验试件基本相同,说明单根压杆试验一端采用双刀口支座,能够模拟角钢在实际结构中的端部约束条件。高强角钢一端偏心压杆的子结构试验可以为修正单根构件试验研究和理论分析提供基础试验素材。     

基于输电塔架结构Q460等边角钢力学性能数值分析

在输电塔结构极限承载力试验研究的基础上,采用ANSYS有限元软件,分析了不同长细比、不同端部约束条件下Q460等边角钢的应力分布、失稳模式、极限承载力等指标。研究表明:破坏模式方面,有限元分析失稳模式与试验现象基本一致;承载力方面,对长细比为30、45的试件,数值分析结果与试验值相差4%左右,对长细比为60的试件,二者相差10%左右,吻合较好。研究结果可为Q460高强角钢的规范制订和工程应用提供合理依据。     

国内外输电铁塔设计标准对比分析

国内外输电线路设计标准中对铁塔结构的计算存在比较大的差异性,为了能更好地参与国外项目,本文以我国新修订的《输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154-2012为基础,结合美国设计导则ASCE10-97和欧标EN 1993-3规范,对输电铁塔结构设计中荷载取值、工况组合、设计方法及构造等方面进行分析和比较,其结论可为技术人员参与国外项目的设计提供参考。     

Q460输电钢管杆长圆形截面宽厚比限值研究

为研究Q460输电钢管杆长圆形截面长直边的宽厚比限值,防止管壁局部失稳先于钢管杆强度破坏,首先比较不同规范对方形和箱型截面宽厚比限值的规定,进而确定试验试件的宽厚比参数,并进行了3组不同宽厚比试件的压弯试验;然后利用有限元软件进行非线性数值分析,结合试验结果对试件破坏形态进行考察;最后将试验、有限元分析与按规范计算的承载力进行比较,提出了合理的长圆形截面长直边宽厚比限值。研究结果表明:长圆形截面长直边宽厚比限值参照美国杆塔规范ASCE/SEI 48-05(十二边形)取为29.5,超限部分则按规范中相应公式对受压翼缘截面强度进行折减;若需设置内肋,长直边的宽厚比限值依据美国杆塔规范ASCE/SEI 48-05(四边形)取为31.5是可靠的。     

高强角钢两端偏心子结构压杆试验研究和仿真分析

为研究在符合实际工程的边界条件下,两端偏心连接的Q460高强等边单角钢的受力性能及极限承载力,进行两组子结构试验,试验角钢长细比分别为45和60。试验表明:构件绕平行于连接肢的轴发生弯曲变形,同时伴有绕角钢纵轴的扭转变形,小长细比试件主要为局部屈曲,大长细比试件为整体屈曲。采用有限元模拟实际试件的受力性能。结果表明:有限元分析的极限承载力较试验值偏大,美国ASCE 10-1997规范值偏于保守,试验值处于美国规范值与有限元分析值之间,且靠近有限元值。在模型试验和仿真分析的基础上,提出两端偏心连接高强角钢等效长细比公式。对比子结构和单压杆的分析结果,表明:单压杆试验的等效长细比公式中,对长细比的限值可以放宽条件;单压杆试验模拟实际工程的边界条件是可靠的。     

双片角钢X形支撑抗震性能研究

为研究双片角钢X形支撑的抗震性能，对5个1/3缩尺试件进行水平往复加载试验，分析单肢长细比(34.5～86.2)和支撑夹角(35°、45°及55°)对双片角钢X形支撑滞回性能的影响。试验结果表明：在满足GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计要求的情况下，双片角钢X形支撑单肢长细比越大，双肢共同工作能力越差，而单肢长细比对其承载力、刚度和耗能能力影响较小；减小支撑夹角能提高支撑的承载力和抗侧刚度，但承载力退化更快，且疲劳断裂更早发生。采用经试验验证的有限元模型研究了支撑长细比、角钢宽厚比等参数对支撑抗震性能的影响。综合分析有限元和试验结果发现，设计双片角钢X形支撑时不应忽略压杆的承载力贡献，且支撑长细比对压杆屈曲后性能影响较大。提出了适用于双片角钢X形支撑的承载力和压杆卸载系数计算式，承载力计算结果较GB 50017—2017《钢结构设计标准》中计算结果提高了9.2%～43.0%,偏于安全。基于修正后压杆卸载系数，得到此类支撑考虑压杆卸载影响的抗拉承载力计算式，计算结果与试验结果比值介于0.83-0.90之间，可准确且安全地预测双片角钢X形支撑的抗拉承载力。     

方钢管再生混凝土长柱偏心受压力学性能研究

以长细比及偏心距为主要变化因素,对8个方钢管再生混凝土长柱试件进行偏心受压单调加载试验。通过观察试件破坏形态,利用获取的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线及试件承载力等重要数据,分析方钢管再生混凝土长柱偏心受压工作机理,并讨论上述因素对试件极限承载力及破坏形态的影响,最后利用国内常用的钢管混凝土规范所推荐的压弯构件承载力计算方法进行承载力理论计算,并与试验结果进行对比。研究表明:方钢管再生混凝土长柱偏心受压试件的受力过程、破坏形态、变形特性等与普通钢管混凝土相似,试件承载力随长细比和偏心距的增大而减小,最终破坏形态主要为整体失稳破坏,部分试件为材料强度破坏;根据规程GJB 4142—2000所计算承载力与试验结果吻合较好。