一種雙弧形鋼材截面結構設計方法
2023-08-05 18:05:26
專利名稱：一種雙弧形鋼材截面結構設計方法
技術領域：
本發明涉及一種電力設備，具體涉及電力輸送過程中輸電鐵塔塔材的結構設計方法。
背景技術：
熱軋角鋼一直是我國輸電線路鐵塔塔材的首選材料，熱軋角鋼的強度、穩定及長 細比三個方面的計算決定了其截面規格的大小，熱軋角鋼的強度計算與熱軋角鋼的截面面 積直接相關，熱軋角鋼的穩定計算與熱軋角鋼穩定係數、截面面積及壓杆穩定強度折減系 數1%直接相關，穩定係數與熱軋角鋼的截面結構特性密切相關。隨著採用熱軋角鋼輸電鐵 塔材料強度的逐步提高，使得壓杆穩定強度的折減受翼緣板自由外伸寬度與其厚度的比值 的影響越來越明顯，對於輸電鐵塔中部分較長的構件，截面結構的選取直接由構件的長細 比控制，而長細比的計算又與熱軋角鋼的截面結構特性密切相關，熱軋角鋼的截面形狀適 於輸電鐵塔中各構件之間的相互連接，可減少節點板數量，這也是我國輸電線路鐵塔長期 以來採用熱軋角鋼的主要原因之一，但熱軋角鋼的截面結構形狀單一，熱軋角鋼翼緣自由 外伸與其厚度的比值限值隨著鋼材強度級別的提高而減小，因此導致熱軋角鋼壓杆穩定強 度的折減隨著鋼材強度級別的提高而增大，常常導致構件在使用過程中發生局部屈曲，如 何在保持現有熱軋角鋼的優勢，再開發出提高結構強度的截面形式，是目前需要解決的問 題。
發明內容
為解決現有技術中採用熱軋角鋼的輸電鐵塔穩定強度的折減隨著鋼材強度的提 高而增大，導致構件局部屈曲的問題，本發明提供一種通過冷彎工藝優化的翼緣外伸寬厚 比，避免壓杆穩定強度的折減，從而大大提高構件材料強度利用率和截面承載力。雙弧形鋼 材截面結構設計方法，具體方案如下一種雙弧形鋼材截面結構設計方法，所述鋼材截麵包 括頂角和肢板，其特徵在於，所述頂角為平面的加強板，肢板與加強段連接處為相對的「S」 狀的弧形段，按照下列步驟確定鋼材截面的結構，
M 202(1)確定翼緣外伸寬度，(2)R1 值在 1 t 之間， 其中t為鋼材厚度，R1為內弧半徑，R2為外弧半徑，L1為肢板寬度，L2為翼緣外 伸寬度，L3為加強段的長度，f為鋼材設計強度。本方案採用冷彎工藝能根據需要生產出材料分布最優的合理截面形狀，借鑑傳統 熱軋角鋼的優點並結合冷彎工藝，本方案雙弧形鋼材截面結構採用雙「S」形弧度設計，可以根據需要優化翼緣板自由外伸長度與厚度的比值，減小了鋼材強度對穩定強度的折減，提 高了構件材料的強度利用率，連接點的弧形設計和角部加強的外凸冷彎處理較傳統熱軋角 鋼具有更好的截面特性，大大提高截面承載力。由於弧度半徑的大小與冷彎工藝的水平有 關，在條件許可的情況下弧度半徑越小越好，一般不要大於鋼材本身的厚度。冷彎型鋼是 通過改變其截面形狀而提高力學性能為代表的輕型鋼結構，本發明輸電鐵塔絕大部分主要 受力杆件由受壓穩定控制，雙弧形鋼材截面結構可以通過冷彎加工工藝調整翼緣外伸寬度 與厚度的比值，避免了構件在使用過程中局部屈曲的發生，根據鋼材設計強度及厚度優化 的外伸寬度，即通過冷彎工藝優化的翼緣外伸寬厚比，可以避免壓杆穩定強度的折減，從而 大大提高了構件材料的強度利用率，具有更好的力學特性。加強板與兩肢板採用45°夾角 使得受力勻稱，兩肢板採用直角延續了熱軋角鋼的有益效果，「s」狀弧形減小了翼緣伸出長 度，增大了強度。
圖1常規熱軋角鋼截面結構示意2本發明的雙弧形鋼材截面結構示意圖
具體實施例方式目前輸電鐵塔包括塔身主材、斜材、輔助材和橫隔材，構成各種構件的熱軋角鋼截 面如圖1所示，包括頂角1和肢板2，其中L1表示熱軋角鋼肢板寬度、t表示鋼材厚度、B表 示肢板翼緣外伸寬度，R表示熱軋角鋼的內弧半徑，根據《架空送電線路杆塔結構設計技術 規定》(DL/T 5154-2002)(以下簡稱技術規定)中關於角鋼壓杆穩定強度折減係數％的規
定，對於圖1所示的熱軋角鋼截面，當時
，其中f為鋼材的設計強度；上述公式可以看出翼緣外伸寬
厚比B/t的限值與鋼材設計強度f的平方根成反比關係，也就是說，鋼材強度級別越高，寬 厚比B/t限值越低，對傳統熱軋角鋼而言，當強度級別較高時常常會存在翼緣外伸寬厚比 B/t較大的情況，根據技術規定必須對鋼材的強度設計值進行折減。如圖2所示，本方案設計的雙弧形鋼材截面結構，包括頂角1、肢板2、內弧3和外 弧4，兩邊的肢板與平面加強板連接處為「S」狀連接的正反兩個弧形段，緊靠平面加強板處 的弧形圓心朝向內部，第二個弧形圓心朝向外部，兩邊肢板上的弧形相對，連接的兩個弧形 大小相同，可以用在輸電鐵塔的所有塔材上，其中L1表示肢板寬度、t表示鋼材厚度、L2表 示肢板翼緣外伸寬度(即圖1中的B)、R1表示內弧3的內弧半徑，R2表示內弧4的外弧半 徑、L3表示加強板的長度，本方案將鋼板或鋼帶的冷彎工藝引進到輸電鐵塔的塔材截面優 化設計中，當輸電鐵塔塔材強度等級確定後即鋼材設計強度f 確定後，在已知鋼材厚度t的
情況下，翼緣外伸寬度L2的確定方法為，弧度的內弧半徑R1的大小，由冷彎工
藝決定，為了保證弧度彎曲部的質量，R1的取值範圍在1mm至鋼材厚度t之間，外弧半徑R2 的取值取為R2 = Rl+t，受冷彎工藝的影響，R1的值一般最小只能達到t-lmm或t-2mm的程度。為了便於弧度的加工以及增大截面特性，應保證加強板的內側可與兩肢板的交點接觸， 即L3的內側與附圖2中的虛線交點相交，同時保證L3與兩肢板成45°夾角，加強板的長度
；完成以上參數的確定後，將鋼板或鋼帶通過冷軋
機或壓彎成型機加工成型，即可得到本發明所設計的雙弧形鋼材截面結構。 實施例1 對於輸電鐵塔常用的傳統熱軋角鋼規格Q345L125X8而言，肢板寬度採用同樣參數來計算雙弧形鋼材截面結構，根據Q345鋼 材設計強度f = 310N/mm2及厚度t = 8mm，確定翼緣外伸寬度 202 202
對翼緣外伸寬度取整L2 = 91_，由冷彎工藝 決定，角部彎曲部分內弧半徑Rl = 8mm-2mm = 6mm,外弧半徑R2 = Rl+8mm = 14mm,
強板長度取整為L3 二 28mm，完成以上參數的確定後，將8mm的鋼板或鋼帶通過冷軋機
或壓彎成型機加工成型，弧形截面結構的截面翼緣外伸寬厚比一 =7 = 11.375，滿足
根據技術規定壓杆穩定強度折減係數％ = 1.0，穩定強度不折
權利要求
一種雙弧形鋼材截面結構設計方法，所述鋼材截面包括頂角(1)和肢板(2)，其特徵在於，所述頂角為平面的加強板，肢板與加強段連接處為相對的「S」狀的弧形段，按照下列步驟確定鋼材截面的結構，(1)確定翼緣外伸寬度(2)R1值在1～t之間，R2＝R1+t，(3)加強板的長度其中t為鋼材厚度，R1為內弧(3)的半徑，R2為外弧(4)的半徑，L1為肢板寬度，L2為肢板翼緣外伸寬度，L3為加強段的長度，f為鋼材設計強度。FSA00000123550600011.tif,FSA00000123550600012.tif
全文摘要
本發明涉及一種雙弧形鋼材截面結構設計方法，具體涉及電力輸送過程中輸電鐵塔塔材的結構設計方法，本方案的雙弧形鋼材截面結構包括頂角和肢板，頂角為平面的加強板，肢板與加強段連接處為相對的「S」狀的弧形段。本方案採用冷彎工藝能根據需要生產出材料分布最優的合理截面形狀，借鑑傳統熱軋角鋼的優點並結合冷彎工藝，本方案雙弧形鋼材截面結構採用雙「S」形弧度設計，可以根據需要優化翼緣板自由外伸長度與厚度的比值，減小了鋼材強度因穩定強度的折減，提高了構件材料的強度利用率，連接點的弧形設計和角部加強的外凸冷彎處理較傳統熱軋角鋼具有更好的截面特性，大大提高截面承載力。
文檔編號E04H12/08GK101852034SQ20101017375
公開日2010年10月6日 申請日期2010年5月10日 優先權日2010年5月10日
發明者張子富, 楊靖波, 楊風利, 韓軍科 申請人:中國電力科學研究院