特高压Y型截面角钢输电塔设计研究

由于双拼十字角钢截面受力不均及经济性较差,本文提出采用角钢焊接钢板的Y型组合截面设计特高压铁塔.经过构件有限元分析、构件与铁塔真型试验,获得Y型截面合理的轴心受压承载力计算方法,Y型截面角钢轴心受压承载力可按钢结构规范b类柱子曲线及相关弯扭失稳折算公式进行计算,相比双拼十字角钢节省输电塔材料量约7%.     

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。     

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》。     

Q420等边角钢轴压杆整体稳定性能试验研究

国内大型输电铁塔中已逐步采用Q420高强度角钢。为研究此类高强度等边角钢轴压杆的整体稳定性能,进行了轴压静力试验研究,试验包括60个试件,截面类型选取了在所有热轧角钢截面中板件宽厚比最大的5种。基于试验结果,研究了Q420高强度等边角钢轴心受压柱的失稳破坏形态和极限承载力,通过计算得到其稳定系数,并与现行钢结构设计规范的柱曲线进行了对比,同时分析了板件宽厚比超限对Q420高强度等边角钢轴压柱失稳破坏形态和稳定承载力的影响。结果表明：该类构件以弯扭失稳为主,根据试验实测得到的稳定系数明显高于现行钢结构设计规范所规定的等边角钢所在的b类截面柱曲线,甚至高于a类截面柱曲线。研究为后续的有限元计算和数值参数分析提供了重要的基础数据,为设计方法提供了参考建议。图11表4参17     

输电塔组合角钢构件稳定性分析

输电塔的主材通常采用单角钢、双肢和四肢组合角钢构件。通过对GB 50017-2003《钢结构设计规范》和DL/T 5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》的比较,指出当采用局部稳定强度折减系数mN后,即可不必考虑扭转屈曲对组合角钢构件稳定性的影响。真型塔试验结果表明,通过普通螺栓连接的组合角钢分肢存在受力的不均性,并将产生较大的截面偏心弯矩,从而导致构件提前弯曲失稳破坏。建议采用组合长细比来反映分肢受力不均的影响,并给出换算长细比的计算公式。     

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。     

热轧角钢轴压构件的稳定承载能力分析

等边角钢截面为单轴对称截面,除绕非对称轴失稳为弯曲失稳外,绕其他任意轴均为弯扭失稳。不等边角钢截面为无对称轴截面,绕任意轴失稳均为弯扭失稳。始网结构设计规范》（GB50017-2003）采用换算长细比的方法将弯扭失稳等效为弯曲失稳,这种计算方法是否完善有待验证。现采用有限元软件ANSYS,研究单角钢轴心受压构件的弯扭失稳,通过与规范进行对比分析,认为规范方法不够合理,并提出简单实用的稳定系数计算公式。     

单角钢压杆的屈曲及稳定计算

在钢结构工程中经常采用等边或不等边单角钢作为轴心受压构件,现行钢结构设计规范(GB50017—2002)提供了等边单角钢压杆的截面类别及稳定计算方法,但对不等边单角钢压杆的规定相对粗糙。本文根据弹性稳定理论和角钢截面特征规律,推导了等边及不等边单角钢轴心受压构件的屈曲条件和长细比简化计算方法,并给出了稳定设计方法。扭转屈曲换算长细比仅与角钢肢宽与肢厚的比值有关,这使得弯扭屈曲换算长细比的计算也进一步简化。经过验证,该方法简单实用,可供工程设计参考。     

十字形异形柱分析与设计

十字形截面柱为异形截面柱,截面本身绕弱轴抗弯模量很小,相比常规截面更易发生屈曲破坏和弯扭失稳,《钢结构设计规范》(GB 50017—2003)未对其承受面内弯扭的整体稳定系数有明确规定,因此本文通过一个工程实例对十字形钢柱进进行有限元数值模拟分析,考虑不同的加载工况,结合《欧洲钢构设计规范》(EN-1993-1-1:2005)进行计算,并对上述结果进行对比分析,为十字形截面钢柱的设计和分析提供有价值的参考。     

轴心压杆弯扭屈曲分析及对比

当钢构件的长细比较小而截面的抗扭及抗翘曲刚度均较低时有可能发生弯扭屈曲 ,《钢结构设计规范》(GBJ 17- 88)对这种构件均只计算其弯曲屈曲 ,对其可能发生扭转屈曲的问题没有特别的规定。鉴于此种情况给出了具体计算方法 ,并且对比分析了国外关于轴心压杆弯扭屈曲的计算方法     

等边单角钢轴心压杆局部稳定计算问题的讨论

在钢结构工程中,特别是在输电线路的铁塔设计中,经常采用等边单角钢作为轴心受压构件.在设计计算中,无论是按照我国现行的GB 50017-2003<钢结构设计规范>,还是采用ASCE 10-1997<美国输电铁塔设计导则>,都需要考虑角钢肢宽与厚度之比的问题.针对此问题,根据弹性稳定理论,推导了等边单角钢轴心压杆宽厚比限值的计算公式,并提出设计计算的方法,供工程设计参考.     

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。     

圆管截面两铰圆弧纯压拱的平面外稳定性及设计方法

拱的平面外稳定极限承载力设计一直没有成熟的设计方法及规范指导。通过分析两铰圆管截面圆弧钢拱的平面外弹性屈曲性能,指出Timoshenko未考虑翘曲的经典解与有限元分析结果吻合很好。在弹塑性平面外稳定性分析的基础上,借鉴单轴对称截面轴心受压构件的弯扭屈曲设计方法,提出以面外屈曲荷载对应的正则化长细比为参数进行面外稳定性设计的方法。借鉴我国GB 50017—2003《钢结构设计规范》中柱子曲线的表达式,建立纯压两铰圆管截面圆弧拱稳定承载力的实用计算公式及设计曲线。     

钢结构设计中的变形问题

钢结构的变形和其受载后的行为有多方面的关系 ,体现在内力计算的二阶分析、初始变形的考虑、构件和构造细部变形的影响和结构的变形能力要求等方面。针对这些问题进行分析 ,并对新修订的《钢结构设计规范》(GB5 0 0 17- 2 0 0 3)有关规定做出解释。     

中外钢结构规范腹板有效宽度确定方法对比

当组成钢构件截面的板件长细比超过限值时,必然引起构件的整体承载能力降低。此时,对于腹板,采用有效截面的概念利用屈曲后强度。对腹板有效宽度的取值各种钢结构规范规定不一,通过对比分析发现,我国《钢结构设计规范》（GB50017-2003）的规定偏于安全。     

扣件钢管三角形悬挑承重脚手架的施工设计

根据《钢结构设计规范》GB50017-2003,对三角架的水平拉杆受力考虑了立柱的压屈剪力,对压杆中央增设水平支撑以减少压杆计算长度,并对各节点进行设计,使结构设计趋于完善,经多幢28层以上高层施工检验证明,完全达到了安全承载的效果,且经济效益良好。     

偏心受压波浪腹板阶形柱稳定性与侧移计算

首先分析波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的相关问题,理论推导过程中考虑剪切变形对其稳定性的影响,得到考虑剪切变形时计算长度系数计算的精确公式,并与不考虑剪切变形的计算公式(GB50017—2003《钢结构设计规范》)以及有限元计算结果进行对比,从而得出了CECS 290∶2011《波浪腹板钢结构技术规程》中对于波浪腹板阶形柱计算长度系数计算的取值原则。其次,对波浪腹板阶形柱在侧向荷载作用下的变形进行分析,得到计算波浪腹板阶形柱侧向变形的计算公式。另外,根据波浪腹板阶形柱的特殊性,对波浪腹板阶形柱连接处的肩梁构造与计算方法进行阐述。     

焊接T形截面轴心压杆的弯扭屈曲

《钢结构设计规范》(GB50017-2003)提出采用换算长细比法对单轴对称截面绕对称轴失稳按弯扭屈曲计算,该方法是否合理,各文献看法不一。借助有限元分析软件对焊接T形截面压杆的弯扭屈曲进行了几何非线性与物理非线性分析,考虑残余应力和几何缺陷的影响,并与“规范”(GB50017-2003)计算结果相比较。结果表明:规范值和文中计算结果吻合较好,规范是合理的、安全的、经济的。