CN109918747B - 十字组合双角钢构件受压稳定承载力的计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明十字组合双角钢构件受压稳定承载力的计算方法，通过对真型塔试验结果和构件试验结果进行分析，结合国内外相关研究成果，提出了一种改进的十字组合双角钢构件受压稳定承载力计算方法，并提出了相应的填板构造要求，可为工程设计提供参考和依据。其主要内容如下：填板构造要求：十字组合双角钢构件填板间的距离应在25i～40i范围内，i为一个角钢的最小轴回转半径；通过引入我国《钢结构设计标准》中关于格构式构件的计算方法，并对其中的换算长细比公式进行修正，得到十字组合双角钢构件的受压稳定承载力计算方法。本发明方法计算得到的构件承载力比《钢结构设计标准》方法更接近试验值和有限元模拟结果，具有更好的经济性、可靠性。

Description

十字组合双角钢构件受压稳定承载力的计算方法
技术领域
本发明涉及一种输电线路铁塔领域，更具体地说它是一种十字组合双角钢构件受压稳定承载力的计算方法。
背景技术
超高压、特高压铁塔普遍采用十字组合双角钢构件作为塔身和塔腿的主要受力杆件。我国和欧洲的钢结构设计规范都认为，当填板间距满足一定要求时，可将十字组合双角钢构件近似按照实腹式十字形截面构件设计。然而，十字组合双角钢构件尚未达到设计荷载即发生破坏的情况在铁塔真型试验中时有发生，说明按现行的钢结构规范设计十字组合双角钢构件存在不安全因素。
目前，设计人员只能采取在设计中根据经验对十字组合双角钢构件留出一定裕度来保证结构的安全，其经济性和可靠性均有待提高。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种为进一步完善我国输电线路行业十字组合双角钢构件的受压稳定承载力计算方法。通过对真型塔试验结果和构件试验结果进行分析，结合国内外相关研究成果，提出了一种改进的十字组合双角钢构件受压稳定承载力计算方法，同时对填板构造提出了优化措施。
通过试验数据的验证表明，《钢结构设计标准》中b类截面压杆计算的稳定系数普遍高于试验值，偏于不安全；c类截面压杆计算稳定系数计算结果绝大部分高于试验值，有少数试验构件的计算结果低于试验值，无明显规律。说明通过填板连接的双角钢十字截面承载力计算方法不能完全等同于实腹式构件计算承载力计算方法。
通过有限元分析表明，一般情况下组合角钢的承载力随着填板数量的增加而逐渐提高。当构件长细比λ≤30时，轴心受压承载力接近于强度控制，此时不论一字型填板还是十字型填板，增加填板数量都不能有效地提高构件承载力。当λ≥40时，十字型填板体现出相对一字型填板的优势，此时虽然随着填板数量的增加，组合构件轴心受压承载力逐渐提高，但是当填板增加到一定数量后，承载力提高的幅度逐渐下降，同等条件下一字型填板的最佳间距比十字型填板的最佳间距略小。
本发明的目的是通过如下措施来达到的：十字组合双角钢构件受压稳定承载力的计算方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)构造要求：十字组合双角钢构件填板间的距离应在25i～40i范围内，i为一个角钢的最小轴回转半径；
(2)分别计算整个十字组合双角钢构件对x轴的长细比λx、对最小轴的长细比λ和分肢对最小轴的长细比λ1，分肢的计算长度取相邻两填板间螺栓的距离；
(3)计算十字组合双角钢构件的换算长细比λ*，计算公式如下：
Figure BDA0001973841760000021
Figure BDA0001973841760000022
各参数取值如下：
a0＝2164.0-378.2275×(b/t)+16.3538×(b/t)2
a1＝-15473.5+2712.6475×(b/t)-117.5318×(b/t)2
a2＝40473.4-7111.34×(b/t)+308.679×(b/t)2
a3＝-45828.2+8070.0925×(b/t)-350.9153×(b/t)2
a4＝18999.1-3353.05×(b/t)+146.055×(b/t)2
各参数含义如下：
ξ——调整系数
Figure BDA0001973841760000023
——无量纲长细比，
Figure BDA0001973841760000024
b——角钢肢宽
t——角钢厚
fy——钢材屈服强度
E——钢材弹性模量
(4)根据换算长细比λ*，按b类截面查《钢结构设计标准》(GB50017-2017)，得到十字组合双角钢构件的受压稳定系数
Figure BDA0001973841760000031
(5)根据公式
Figure BDA0001973841760000032
进行构件稳定承载力验算，其中，N为构件所受轴心压力设计值，A为构件毛截面面积，f为钢材的抗压强度设计值。
本发明方法计算得到的构件承载力比《钢结构设计标准》方法更接近试验值和有限元模拟结果，具有更好的经济性、可靠性。
附图说明
图1为十字组合双角钢构件截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。
(1)构造要求：综合一字型填板和十字型填板的最佳间距可得，十字组合双角钢构件填板间的距离应在25i～40i范围内，其中i为单个角钢绕其最小轴的回转半径，小长细比构件取较小值，大长细比构件取较大值；
(2)分别计算整个十字组合双角钢构件对x轴的长细比λx、对最小轴的长细比λ和分肢对最小轴的长细比λ1，分肢的计算长度取相邻两填板间螺栓的距离；
(3)计算十字组合双角钢构件的换算长细比λ*，计算公式如下：
Figure BDA0001973841760000041
Figure BDA0001973841760000042
各参数取值如下：
a0＝2164.0-378.2275×(b/t)+16.3538×(b/t)2
a1＝-15473.5+2712.6475×(b/t)-117.5318×(b/t)2
a2＝40473.4-7111.34×(b/t)+308.679×(b/t)2
a3＝-45828.2+8070.0925×(b/t)-350.9153×(b/t)2
a4＝18999.1-3353.05×(b/t)+146.055×(b/t)2
各参数含义如下：
ξ——调整系数
Figure BDA0001973841760000043
——无量纲长细比，
Figure BDA0001973841760000044
b——角钢肢宽
t——角钢厚
fy——钢材屈服强度
E——钢材弹性模量
(4)根据换算长细比λ*，按b类截面查《钢结构设计标准》(GB50017-2017)，得到十字组合双角钢构件的受压稳定系数
Figure BDA0001973841760000045
(5)根据公式
Figure BDA0001973841760000046
进行构件稳定承载力验算，其中，N为构件所受轴心压力设计值，A为构件毛截面面积，f为钢材的抗压强度设计值。
将按本发明方法计算得到的试验构件轴心受压承载力，与试验结果、有限元数值模拟结果和按我国《钢结构设计标准》实腹式b类截面的计算结果比较，结果见表1。其中，NFEA为有限元数值模拟计算的轴心受压承载力值，NEXP为构件承载力试验值，N*为按本发明方法计算得到的轴心受压承载力值，Nb为按照实腹式b类截面构件计算得到的承载力，计算过程中均采用实测屈服强度值。
表1十字组合双角钢构件轴心受压承载力比较
编号 λ N<sub>EXP</sub>/kN N<sub>FEA</sub>/kN N<sub>b</sub>/kN N<sup>*</sup>/kN
L12-1 25 2700.00 2572.15 2945.21 2675.04
L12-2 30 2710.00 2627.20 2863.26 2653.47
L12-3 35 2300.00 2239.70 2773.87 2374.08
L12-4 40 2180.00 2328.45 2675.37 2305.17
L12-5 45 2200.00 2202.30 2566.48 2136.23
L12-6 50 1950.00 2154.70 2502.68 2111.61
L12-7 55 1900.00 2043.15 2364.90 1940.99
L14-1 25 3400.00 3068.85 3457.10 3252.98
L14-2 30 3100.00 2882.70 3588.03 3084.49
L14-3 35 3020.00 2782.40 3253.27 2782.40
L14-4 40 2920.00 2746.60 3135.89 2938.86
L14-5 45 2850.00 2638.10 3006.03 2717.24
L14-6 50 2350.00 2520.00 2950.48 2419.20
L14-7 55 2460.00 2395.50 2734.93 2395.50
L16-1 25 3400.00 3363.95 4180.28 3330.31
L16-2 30 3550.00 3303.20 4055.71 3402.30
L16-3 35 3400.00 3174.15 3918.86 3110.67
L16-4 40 3050.00 3135.25 3767.14 3103.90
L16-5 45 2650.00 3002.35 3598.81 2672.09
L16-6 50 2130.00 2849.55 3323.02 2450.61
L16-7 55 2650.00 2722.25 3136.33 2640.58
由表1可见，本发明方法计算得到的构件承载力比《钢结构设计标准》方法更接近试验值和有限元模拟结果，具有更好的经济性、可靠性。
本发明是通过对各种计算方法分析比较，提出了一种修正的格构式算法，作为十字组合双角钢构件的受压稳定承载力计算方法。其关键是引入我国《钢结构设计标准》中关于格构式构件的计算方法，并对其中的换算长细比公式进行修正，得到十字组合双角钢构件换算长细比λ*的计算公式。

Claims (1)

1.一种十字组合双角钢构件受压稳定承载力的计算方法，其特征在于它包括如下步骤：
(1)构造要求：十字组合双角钢构件填板间的距离应在25i～40i范围内，i为一个角钢的最小轴回转半径；
(2)分别计算整个十字组合双角钢构件对x轴的长细比λx、对最小轴的长细比λ和分肢对最小轴的长细比λ1，分肢的计算长度取相邻两填板间螺栓的距离；
(3)计算十字组合双角钢构件的换算长细比λ*，计算公式如下：
Figure FDA0001973841750000011
Figure FDA0001973841750000012
各参数取值如下：
a0＝2164.0-378.2275×(b/t)+16.3538×(b/t)2
a1＝-15473.5+2712.6475×(b/t)-117.5318×(b/t)2
a2＝40473.4-7111.34×(b/t)+308.679×(b/t)2
a3＝-45828.2+8070.0925×(b/t)-350.9153×(b/t)2
a4＝18999.1-3353.05×(b/t)+146.055×(b/t)2
各参数含义如下：
ξ——调整系数
Figure FDA0001973841750000013
——无量纲长细比，
Figure FDA0001973841750000014
b——角钢肢宽
t——角钢厚
fy——钢材屈服强度
E——钢材弹性模量
(4)根据换算长细比λ*，按b类截面查《钢结构设计标准》(GB50017-2017)，得到十字组合双角钢构件的受压稳定系数
Figure FDA0001973841750000021
(5)根据公式
Figure FDA0001973841750000022
进行构件稳定承载力验算，其中，N为构件所受轴心压力设计值，A为构件毛截面面积，f为钢材的抗压强度设计值。
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输电铁塔十字组合双角钢构件稳定性规范对比;韩军科等;《建筑结构》;20140325(第06期);全文 *

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