CN103422698B - 用于输电铁塔角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于输电铁塔角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法，所述方法包括如下步骤：选择压杆稳定强度折减系数mN＝1的角钢A；选择与该角钢A的屈服强度相同的角钢B；分别测量角钢A和角钢B的角钢面积；在相同长细比的条件下，分别测量角钢A和角钢B的最大承载力；根据公式：
Description
技术领域
本发明涉及一种压杆稳定强度折减系数的计算方法，尤其涉及一种用于输电铁塔角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法。
背景技术
由于220kV多回、500kV双回、500kV单回转角塔、1000kV单双回、±800kV等输电线路的直线塔和转角塔荷载较大，塔身主材需要采用高强度的双拼或四拼的Q345或Q420普通规格角钢(特指：肢宽200mm及以下的角钢)组合才能满足承载要求。双拼和四拼普通规格角钢组合使铁塔的加工量成倍增加，角钢构件的制孔、焊接等加工质量和施工质量构成铁塔安全控制因素之一；由于双拼和四拼组合角钢截面形式本身的不尽合理，角钢间受力分配不均匀；双拼和四拼角钢由于构造的原因，螺栓的通过厚度和通过层数增加，给输电线路铁塔的施工带来很大难度。目前，主材采用单肢高强度大规格角钢(特指：强度等级Q420、Q460,肢宽220mm及以上的角钢)替代十字双拼普通规格角钢组合可避免上述不足。这是由于高强度大规格角钢肢宽和肢厚均较大，截面面积比普通规格角钢中最大截面的L200×24大，使单构件承截力大幅提高。高强度大规格角钢在铁塔中的应用不仅是材料还是技术上都具有创新性。然而，大规格角钢的宽厚比大到一定程度，轴压时会发生局部失稳先于整体失稳的情况，设计时需要考虑压杆稳定强度折减系数mN来降低构件的承载设计值。
反映压杆稳定性能的可通过压溃理论确定，计算可采用公式：
其中Nu是压溃荷载，A是构件面积，fy是屈服强度，都可以实际测得。公式中是根据试验通过公式计算得到的数值：和mN不能单独测得，如何将和mN分解开来是难点，在文献《大宽厚比Q420角钢轴压构件稳定试验研究》中计算mN采用的方法是将中的作为一定值，即按《钢结构设计规范》中b类截面计算出来，得到一个理论值，然后将试验得到的除以理论计算值，得到压杆稳定强度折减系数mN，由于值是理论得出的，而不是试验得到的，进而影响到mN试验值的准确性，其压杆稳定强度折减系数mN的计算公式为：
由此可见该文献中的折减系数计算方法并不能准确计算出大规格角钢的折减系数，且受试验装置的影响较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于输电铁塔角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法，该方法更为实用，更为准确，且可以避免试验条件及外部试验因数改变对试验造成的影响。
本发明的具体方案为：一种用于输电铁塔角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法，所述方法包括如下步骤：
1)选择压杆稳定强度折减系数mN＝1的角钢A；选择与该角钢A的屈服强度相同的角钢B；
2)分别测量角钢A和角钢B的角钢面积；
3)在相同长细比的条件下，分别测量角钢A和角钢B的最大承载力；
4)根据公式：
求得
其中，mN为角钢的压杆稳定强度折减系数；为角钢的杆件稳定强度系数；Nu为角钢的最大承载力；A为角钢的角钢面积；fy为角钢的屈服强度实测值。
采用上述技术方案，本发明的技术效果有：本方法利用宽厚比不同的多种规格角钢构件的轴压试验，通过计算对比得到长细比不同、规格不同的角钢压杆稳定强度折减系数，该方法更为实用，更为准确，且可以避免试验条件及外部试验因数改变对试验造成的影响。
本发明利用相同的加载器、约束装置、加载架进行试验，可以排除试验条件对试验结果造成的误差，消除了整体稳定系数数值偏差对压杆稳定强度折减系数试验值的影响因素，本方法能够方便的得到大规格角钢的强度折减系数，更切合实际应用，对工程实际有很好的指导作用。
具体实施方式
实施例1
一种25#Q420大规格角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法，包括如下步骤：
1、选择材质、型号相同的属同一批原材料的Q420大规格角钢Q420L250×24、Q420L250×20和Q420L250×18为A、B和C组，测量上述3组角钢的弯曲度，确定3组角钢的弯曲度相近或相同，且与工程实际使用角钢相同；按《架空送点线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)式8.1.2-2计算Q420角钢的宽厚比超限值为：(其中f为Q420钢材强度设计值360N/mm2，b为角钢翼缘自由外伸宽度，t为角钢肢厚)。计算得出角钢Q420L250×24的宽厚比为确定角钢Q420L250×24的宽厚比不超限，即角钢Q420L250×24的压杆稳定强度折减系数mN＝1；
2、对上述3组不同规格角钢进行材性试验测试，确定其屈服强度平均值接近，即fyA＝fyB＝fyC
3、分别测量3组角钢的截面积；
4、3组角钢分别取长细比λ为30、50、60、80、100共计5组15个角钢试样，选择相同的加载器、承力架和约束装置，对5组角钢试样进行构件轴压试验，在相同长细比的条件下，对5组角钢以逐渐加载的方式加载到最大值，得到5组角钢的最大承载力；
5、由于上述3组不同规格的角钢长细比相同、屈服强度相同，故可确定同长细比3组不同规格的构件整体稳定系数相同，即其中和分别为Q420L250×24、Q420L250×20和Q420L250×18同一长细比下的整体稳定系数，由于Q420L250×24角钢的宽厚比没有超限，其稳定承载力不需折减，即压杆稳定强度折减系数mNA＝1，根据公式得由于即可得出：
和
按照上述方法，即可得出A、B、C组角钢的压杆稳定强度折减系数mN，如表1所示：
表1 Q420大规格角钢压杆稳定强度折减分析表
表中，NuA、NuB和NuC是角钢Q420L250×24、Q420L250×20和Q420L250×18试件的极限荷载试验值。AA、AB、AC是角钢Q420L250×24、Q420L250×20和Q420L250×18试件的截面积。Kλ实测是计算长细比，K是修正系数(由于轴心受压，K＝1)，长细比λ实测为试验时考虑连接头的构件实测长细比，故λ实测与理论长细比有误差。
上述方法在试验过程中，要求加载器对杆件转动的阻力尽量小，及加载器与杆件间的摩擦力小。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种用于输电铁塔角钢压杆稳定强度折减系数的计算方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
1)选择压杆稳定强度折减系数mN＝1的角钢A；选择与该角钢A屈服强度相同的角钢B；
2)分别测量角钢A和角钢B的角钢面积；
3)在相同长细比的条件下，分别测量角钢A和角钢B的最大承载力；
4)根据公式：
求得
其中，mN为角钢的压杆稳定强度折减系数；为角钢的杆件稳定强度系数；Nu为角钢的最大承载力；A为角钢的角钢面积；fy为角钢的屈服强度实测值。
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于:所述步骤1)中，选择与该角钢A屈服强度相同的角钢B的方法为：选择与该角钢A同批次生产的角钢B。
3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于:所述步骤1)中，分别截取角钢A和角钢B的一部分做材性试验，确定角钢A与角钢B屈服强度实测值相同。
4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于：所述步骤3)中最大承载力的测量方法为：
选择相同的加载器、承力架和约束装置，分别对角钢A和角钢B进行构件轴压试验，在相同长细比的条件下，对角钢A和角钢B以逐渐加载的方式加载到最大值，得到角钢A和角钢B的最大承载力。
5.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于:所述步骤1)中，所述角钢A和角钢B的弯曲度相同。
6.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于:测量不同长细比的角钢A和角钢B的最大承载力。
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