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(fā)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(wěn)定及長 細比三個方面的計算決定了其截面規(guī)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(wěn)定計算與熱軋角鋼穩(wěn)定系數(shù)、截面面積及壓桿穩(wěn)定強度折減系 數(shù)1%直接相關，穩(wěn)定系數(shù)與熱軋角鋼的截面結構特性密切相關。隨著采用熱軋角鋼輸電鐵 塔材料強度的逐步提高，使得壓桿穩(wěn)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，對于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 于輸電鐵塔中各構件之間的相互連接，可減少節(jié)點板數(shù)量，這也是我國輸電線路鐵塔長期 以來采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桿穩(wěn)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(fā)生局部屈曲，如 何在保持現(xiàn)有熱軋角鋼的優(yōu)勢，再開發(fā)出提高結構強度的截面形式，是目前需要解決的問 題。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術中采用熱軋角鋼的輸電鐵塔穩(wěn)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(fā)明提供一種通過冷彎工藝優(yōu)化的翼緣外伸寬厚 比，避免壓桿穩(wěn)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，所述鋼材截面包 括頂角和肢板，其特征在于，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(nèi)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。本方案采用冷彎工藝能根據(jù)需要生產(chǎn)出材料分布最優(yōu)的合理截面形狀，借鑒傳統(tǒng) 熱軋角鋼的優(yōu)點并結合冷彎工藝，本方案雙弧形鋼材截面結構采用雙“S”形弧度設計，可以根據(jù)需要優(yōu)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(wěn)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(tǒng)熱軋角 鋼具有更好的截面特性，大大提高截面承載力。由于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，一般不要大于鋼材本身的厚度。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(fā)明輸電鐵塔絕大部分主要 受力桿件由受壓穩(wěn)定控制，雙弧形鋼材截面結構可以通過冷彎加工工藝調(diào)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(fā)生，根據(jù)鋼材設計強度及厚度優(yōu)化 的外伸寬度，即通過冷彎工藝優(yōu)化的翼緣外伸寬厚比，可以避免壓桿穩(wěn)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。加強板與兩肢板采用45°夾角 使得受力勻稱，兩肢板采用直角延續(xù)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(guī)熱軋角鋼截面結構示意2本發(fā)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(nèi)弧半徑，根據(jù)《架空送電線路桿塔結構設計技術 規(guī)定》(DL/T 5154-2002)(以下簡稱技術規(guī)定)中關于角鋼壓桿穩(wěn)定強度折減系數(shù)％的規(guī)
定，對于圖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的平方根成反比關系，也就是說，鋼材強度級別越高，寬 厚比B/t限值越低，對傳統(tǒng)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(jù)技術規(guī)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(nèi)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(nèi)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(nèi)弧3的內(nèi)弧半徑，R2表示內(nèi)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(yōu) 化設計中，當輸電鐵塔塔材強度等級確定后即鋼材設計強度f 確定后，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(nèi)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(zhì)量，R1的取值范圍在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。為了便于弧度的加工以及增大截面特性，應保證加強板的內(nèi)側(cè)可與兩肢板的交點接觸， 即L3的內(nèi)側(cè)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(shù)的確定后，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(fā)明所設計的雙弧形鋼材截面結構。 實施例1 對于輸電鐵塔常用的傳統(tǒng)熱軋角鋼規(guī)格Q345L125X8而言，肢板寬度采用同樣參數(shù)來計算雙弧形鋼材截面結構，根據(jù)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(nèi)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(shù)的確定后，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(jù)技術規(guī)定壓桿穩(wěn)定強度折減系數(shù)％ = 1.0，穩(wěn)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)，其特征在于，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(nèi)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(fā)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。本方案采用冷彎工藝能根據(jù)需要生產(chǎn)出材料分布最優(yōu)的合理截面形狀，借鑒傳統(tǒng)熱軋角鋼的優(yōu)點并結合冷彎工藝，本方案雙弧形鋼材截面結構采用雙“S”形弧度設計，可以根據(jù)需要優(yōu)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(wěn)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(tǒng)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(yōu)先權日2010年5月10日
發(fā)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