專利名稱：：一種新型輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)斜材的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于輸電線路設(shè)計領(lǐng)域，特別是針對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)件截面的選型問題。
背景技術(shù)：
：在輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)中，斜材是只能單面與主材連接的偏心受力構(gòu)件，其承載能力尸計算長度/成反比，與截面慣性矩/成正比，可以用公式表述為A產(chǎn)^五///2。斜材的長度一般較大，特別是身部斜材構(gòu)件都采用輔助支撐降低計算長度，以提高其承載能力。當(dāng)構(gòu)件采用等肢角鋼時，由于支撐肢和自由肢角鋼的截面慣性矩一樣，未支撐平面內(nèi)的計算長度將顯著增大，導(dǎo)致構(gòu)件在該平面的承載能力顯著降低，在結(jié)構(gòu)設(shè)計選材時起控制作用。而采用不等肢角鋼，短肢平面采用輔助支撐，以降低計算長度，提高其承載力；寬肢雖為自由肢，但其慣性矩較短肢慣性矩大，其承載力也相應(yīng)提高。二者優(yōu)勢互補，從而充分利用了材料的截面特性以提高斜材的承載能力。長期以來，我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的斜材大都選用等肢熱軋角鋼，由于熱軋角鋼規(guī)格種類的限制，設(shè)計中還經(jīng)常存在"以大代小"的情況。這樣就導(dǎo)致了斜材截面特性不能得到充分利用，造成鋼材浪費，增加了輸電線路鐵塔的重量，不利于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化。而在國外，不等肢熱軋角鋼在輸電線路鐵塔上的應(yīng)用己經(jīng)較為廣泛，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計表明，應(yīng)用不等肢熱軋角鋼的斜材長細比;i大都大于120。由于不等肢熱軋角鋼容易受到規(guī)格種類的限制，在我國輸電鐵塔設(shè)計中一直沒有得到推廣應(yīng)用，而冷彎型鋼是解決這一問題的良好途徑。冷彎型鋼結(jié)構(gòu)是通過改變其截面形狀而提高力學(xué)性能的輕型鋼結(jié)構(gòu)，采用冷加工成型工藝，型鋼壁板的寬厚比不像熱軋鋼材那樣受到限制，因此可以做得既薄又寬，能根據(jù)需要生產(chǎn)出材料分布最優(yōu)的合理截面形狀，開拓了主要借助截面形狀而不是單純增加材料用量來提高承載力的新途徑。經(jīng)過冷加工的鋼材，3由于被加工的部分經(jīng)受了塑性變形，材料經(jīng)歷了冷作硬化，其機械性能有了很大改善，屈服強度和極限強度提高。利用冷彎型鋼截面種類不受限制的巨大優(yōu)勢，可以根據(jù)實際需要，將不等肢冷彎角鋼應(yīng)用到輸電鐵塔斜材的設(shè)計中去。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對我國輸電線路鐵塔斜材長期以等肢熱軋角鋼為主，很大程度上限制了設(shè)計人員對新型構(gòu)件進行探討與使用的現(xiàn)狀，提出了用冷彎不等肢角鋼作為輸電鐵塔斜材的解決方案。不等肢冷彎角鋼作為主材的輸電線路鐵塔如附圖1所示，斜材由不等肢冷彎角鋼組成。不等肢冷彎角鋼考慮冷作硬化的影響，其屈服強度將有不同程度的提高，《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)^》(Gt5M)018—2002)中給了冷彎型鋼壁厚不超過6mm時，考慮冷彎效應(yīng)的強度設(shè)計值/'。采用不等肢冷彎角鋼；不等肢冷彎角鋼長肢長度&和短肢長度/>2之比的范圍在1.451.65之間；當(dāng)所述的冷彎內(nèi)巻邊角鋼壁厚不超過6mm時，考慮冷彎效應(yīng)的強度設(shè)計值/=1+//，其中，/7為型方式系數(shù)，y為鋼材的抗拉強度與屈服強度的比值，"為截面所含棱角數(shù)目為3，^為截面上第z'個棱角所對應(yīng)的圓周角，/為截面中心線的長度；/為不考慮冷彎效應(yīng)的鋼材強度設(shè)計值，f為不等肢冷彎角鋼的厚度。當(dāng)所述的冷彎角鋼壁厚大于6mm同時小于16mm，進行修正，修正后的公式為麵-10)州+《1+.》數(shù)據(jù)取/=0.12^~~"0.165/,=1其余的系數(shù)物理意義同上，根據(jù)已有的試驗本實用新型輸電線路鐵塔斜材的兩個特點一)冷作硬化對不等肢冷彎角鋼強度有較大提高，冷彎效應(yīng)一般可以提高設(shè)計強度的10%左右，若按原材料強度設(shè)計值對輸電線路鐵塔進行設(shè)計，則冷彎效應(yīng)帶來的強度提高可作為安全儲備。二)當(dāng)不等肢冷彎角鋼與等肢熱軋角鋼面積和厚度相同時，不等肢冷彎角鋼斜材的承載能力較大，從而減少了輸電線路鐵塔用鋼量。不等肢冷彎角鋼應(yīng)用到輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)注意以下幾點問題，一)不等肢冷彎角鋼作為斜材與主材之間的螺栓連接，考慮到冷彎效應(yīng)的影響，端距由原來的1.5倍螺栓直徑改為2.0倍螺栓直徑；二)垂直內(nèi)力方向螺栓中心至構(gòu)件邊緣的距離最小容許值，由原來的1.25倍螺栓直徑改為1.45倍螺栓直徑。冷彎不等肢斜材用于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)時，在構(gòu)造上要滿足以上特殊要求。圖1為輸電線路鐵塔塔身結(jié)構(gòu)圖，其中1為主材，2為斜材、3為橫材、4為輔助材。圖2為熱軋等肢角鋼的截面示意圖。圖3為冷彎不等肢角鋼的截面示意圖。具體實施方式以下結(jié)合附圖詳細說明本實用新型的一個具體實例，在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用不等肢冷彎角鋼作為輸電鐵塔斜材。某220kV輸電線路鐵塔，某段斜材等肢熱軋角鋼(Q235)截面尺寸為40mmx40mmx4mm，采用不等肢冷彎角鋼進行輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計，該斜材的規(guī)格變?yōu)?0mmx30mmx3mm。不等肢冷彎角鋼與等肢熱軋角鋼截面示意圖如圖2和圖3所不，截ttl特性見1F表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>一般情況下，交叉斜材采用單面螺栓連接，且長細比較大，在荷載作用下將發(fā)生繞平行軸(x軸獲r軸)的彎曲破壞。如果設(shè)計合理，不等肢冷彎角鋼斜材可以使鋼材截面特性得到充分利用，提高斜材的承載能力。不等肢冷彎角鋼60mmx40mmx3mm，考慮冷彎效應(yīng)的強度設(shè)計值1.0x(12xl.58-10)x31+1.x—4x/=1.071x205=95.07219N/mm2，等肢熱軋角鋼50mmx50mmx4mm的強度設(shè)計值為215N/mm2，經(jīng)計算，對于選定的長度為2.774m的斜材，不等肢冷彎角鋼斜材較等肢熱軋角鋼斜材承載力提高8%，而冷彎不等肢角鋼斜材的重量比等肢熱軋角鋼斜材的重量節(jié)省27%。即使不考慮冷彎效應(yīng)帶來的強度提高對輸電線路鐵塔進行設(shè)計，冷彎帶來的強度提高可以作為輸電鐵塔結(jié)構(gòu)的安全儲備。分析表明，與傳統(tǒng)的熱軋等肢角鋼斜材相比，冷彎不等肢角鋼可以提高輸電鐵塔的承載力，有效降低輸電鐵塔重量，獲得顯著的經(jīng)濟效益。此外，冷彎角鋼在加工時不受規(guī)格限制，給輸電線路鐵塔設(shè)計人員在設(shè)計時帶來便利，宜推廣應(yīng)用。權(quán)利要求1、一種輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)斜材，其特征在于，采用不等肢冷彎角鋼；不等肢冷彎角鋼長肢長度b1和短肢長度b2之比的范圍在1.45～1.65之間；當(dāng)所述的冷彎內(nèi)卷邊角鋼壁厚不超過6mm時，考慮冷彎效應(yīng)的強度設(shè)計值<mathsid="math0001"num="0001"><math><![CDATA[<mrow><msup><mi>f</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>η</mi><mrow><mo>(</mo><mn>12</mn><mi>γ</mi><mo>-</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow><mi>t</mi></mrow><mi>l</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mfrac><msub><mi>θ</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow></mfrac><mo>]</mo><mi>f</mi><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0001"file="Y2007201904810002C1.tif"wi="55"he="11"top="50"left="33"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其中，η為型方式系數(shù)，γ為鋼材的抗拉強度與屈服強度的比值，n為截面所含棱角數(shù)目為3，θi為截面上第i個棱角所對應(yīng)的圓周角，l為截面中心線的長度；f為不考慮冷彎效應(yīng)的鋼材強度設(shè)計值，t為不等肢冷彎角鋼的厚度；當(dāng)所述的冷彎角鋼壁厚大于6mm同時小于16mm，進行修正，修正后的公式為<mathsid="math0002"num="0002"><math><![CDATA[<mrow><msup><mi>f</mi><mo>′</mo></msup><mo>=</mo><mo>[</mo><mn>1</mn><mo>+</mo><mfrac><mrow><mi>η</mi><mrow><mo>(</mo><mn>12</mn><mi>γ</mi><mo>-</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow><mi>tf</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>l</mi></mfrac><munderover><mi>Σ</mi><mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow><mi>n</mi></munderover><mfrac><msub><mi>θ</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow></mfrac><mo>]</mo><mi>f</mi></mrow>]]></math></maths>其中<mathsid="math0003"num="0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>f</mi><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mfrac><mrow><mi>ln</mi><mrow><mo>(</mo><mi>β</mi><mo>/</mo><mn>0.165</mn><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>6</mn></mfrac><mi>t</mi><mo>-</mo><mi>ln</mi><mfrac><mi>β</mi><mn>0.165</mn></mfrac></mrow></msup><mo>,</mo></mrow>]]></math>id="icf0003"file="Y2007201904810002C3.tif"wi="44"he="8"top="117"left="43"img-content="drawing"img-format="tif"orientation="portrait"inline="yes"/></maths>其余的系數(shù)物理意義同上，根據(jù)已有的試驗數(shù)據(jù)取β＝0.12。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)斜材，其特征在于不等肢冷彎角鋼作為斜材與主材之間的螺栓連接端距為2.0倍螺栓直徑；垂直內(nèi)力方向螺栓中心至構(gòu)件邊緣的距離最小容許值為1.45倍螺栓直徑。專利摘要一種輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)斜材屬于輸電線路領(lǐng)域，針對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計中構(gòu)件截面的選型問題。其特征在于，采用不等肢冷彎角鋼；不等肢冷彎角鋼長肢長度b<sub>1</sub>和短肢長度b<sub>2</sub>之比的范圍在1.45～1.65之間；當(dāng)所述的冷彎內(nèi)卷邊角鋼壁厚不超過6mm時，考慮冷彎效應(yīng)的強度設(shè)計值f′=[1+η(12γ-10)t/l∑θ<sub>i</sub>/2π]f，其中，η為型方式系數(shù)，γ為鋼材的抗拉強度與屈服強度的比值，n為截面所含棱角數(shù)目為3，θ<sub>i</sub>為截面上第i個棱角所對應(yīng)的圓周角，l為截面中心線的長度；f為不考慮冷彎效應(yīng)的鋼材強度設(shè)計值，t為不等肢冷彎角鋼的厚度。當(dāng)所述的冷彎角鋼壁厚大于6mm同時小于16mm，進行修正。本實用新型若按原材料強度設(shè)計值對輸電線路鐵塔設(shè)計，則冷彎效應(yīng)帶來的強度提高可作安全儲備。文檔編號E04H12/00GK201141222SQ20072019048公開日2008年10月29日申請日期2007年11月30日優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日發(fā)明者萬國勝,葉掀亮,吳國強,正李,楊靖波,楊風(fēng)利,陳海波,韓軍科申請人:國網(wǎng)北京電力建設(shè)研究院