双组合角钢铁塔设计计算中的问题分析

摘 要：随着社会经济和科学技术的不断发展，在大型高压电网建设中，越来越多的先进技术被广泛应用。文章主要对其中一代表性设计――双组合角钢铁塔设计进行分析，对其在真型试验中存在的一些问题进行具体阐述，并提出一些行之有效的建议。

关键词：双组合角钢铁塔；设计；真型试验；问题

中图分类号：TU392.1 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）20-0131-01

随着双组合角钢铁塔设计的广泛应用，对其设计质量提出了更高的质量要求。本文主要对其中存在的一定问题进行真型试验，并通过分析相关数据，对其进行深度剖析，提出了一系列行之有效的建议。

1 双组合角钢铁塔具体情况介绍

该双组合角钢铁塔高为52 m，其根开为13.37 m，整体重量为63.63 t。其中塔腿以及塔身的变坡处的材料选用的均为十字截面双组合角钢。塔腿主材的规格是Q420 2 L160×16，塔身的主材是Q420 2 L160×16和Q420 2 L160×14两种。在双组合角钢的节点处主要采用的是双面焊接填板，在其他位置则是采用单填板螺栓进行的连接。采用全站仪进行位移测量，利用应变数据采集仪进行应变测量。

2 双组合角钢铁塔试验主要内容

根据设计，主要选择具有代表性的八项工况进行试验。按照相关规定，我们对于一般工况进行加载的顺序依此为0、50%、75%、90%、95%、0。对其超载工况进行加载的顺序依此为0、50%、75%、90%、95%、100%、105%、110%、115%、120%。我们对其一般工况进行试验的具体内容进行分析，发现左地线挂线、左上导线挂线、左下导线挂线、事故断左地线及左上导线、事故断左上及左下导线、事故断右上及右下导线、不均匀冰最大弯矩等七项在最大加载级也就是95%时，全部通过，只有设计覆冰一项在加载到85%时，其内角侧塔腿的主材发生曲折破坏，导致整个塔身发生倾斜。

3 双组合角钢铁塔设计试验中受力分析

我们对双组合角钢铁塔设计进行试验之后，对其中主要的受力点进行分析。发现塔腿的主材以及辅材出现应变变化不均情况。塔腿在不同的节点之间应变变化均不同，此时说明其辅材不再对塔身仅仅起到支撑作用，而是参与到了塔腿本身的受力过程中去。虽然塔腿两端的刚度比较强，但中间的辅助支撑材出现了问题，因此其与设计计算中的结果不符。

在双组合角钢铁塔设计中，其角钢构件是根据该设计整体、统一的模式进行的计算，也就是说在设计时，对其进行了假设，初步认定角钢两肢的受力是均匀的，是不会发生相对位移的，是能够一起抵抗外力，是能够对变形进行有效协调的。但通过试验我们发现，其受力并不均匀，而是存在一定的应力差。塔身主材两肢的应变差异比较小，其平均值在1.06～1.12之间，但是塔腿主材两肢的应变差异却是非常大的，当风力为90？{时，其差异值达到了1.62。通过借鉴相关试验数据，我们可以得知，当风力为90？{并将负荷加载到85%时，此时塔腿主材的受压力为2 190 kN。如果两肢的受力分配比为1：1.62，则单肢压力平均为1 354 kN。由于其主材规格为Q420 2 L160×16，最小轴回转的半径是3 cm，截面积为49 cm2。根据相关规定，我们可以得出受压构件稳定的计算表示为：

F=■

其中，N为压力设计值，φ为构件的稳定系数，A为构件的毛截面积，M为压杆稳定轻强度折减系数。通过计算我们可以得出单肢构件的受压相对设计强度的比值是1.33，其相对屈服强度的比值为1.21。由此可以得出在进行设计时，没有对两肢受力不均的情况进行分析，以至于其试验结果与理论数据严重不符。当铁塔双组合角钢发生屈折时，不是两肢同时发生，而是其中一个受力较大的发生屈折，从而严重损害了铁塔的整体平衡性，导致其出现失稳现象。

此外，由于双组合角钢的轴心受到压力时，剪力在一定程度上会引起杆件发生变形，而双组合角钢便会受到该因素的影响。但在该双组合角钢设计中，没有对该点进行考虑。在国外对于杆件变形产生的影响，一般是通过双组合角钢构件整体长细比进行修正的。长细比就是杆件的计算长度与杆件的截面的回转半径之比。但其进行的原则需要经过大量的试验、数据分析才能有效的对其进行应用。我国由于该种试验进行的较少，因此在进行修正方面，没有科学有效的原则作为计算依据，对此我们可以采用国外的方法进行计算。其公式主要表现为：

λ2=λ02+λ12

其中，λ为双组合角钢构件整体长细比，λ0为相临填板之间的间距与单角钢最小轴回转半径之间的比值，λ1为单脚钢细长比。经过科学分析证明，当构件的长细比越大时，构件修正前后承载力的差异越大。当其小于30时，构件修正前后的差别基本上会一直保持在5%之内。

4 双组合角钢铁塔设计中应注意的主要问题

由上面分析我们可以得出在进行双组合角钢铁塔设计时，其存在的主要问题有以下几点：第一，在双组合角钢铁塔设计中存在一定的问题，其在实际受力中，双组合角钢构件的两肢会出现受力不均匀的现象，而且随着受力的不断增大，其表现就愈加明显。而固端次弯矩是导致该种现象出现的主要原因。因此设计人员在进行设计时，应对该因素进行综合考虑，避免固端次弯矩引发不良现象。第二，对于塔腿的主材以及辅材进行设计时，要对底部次弯矩所产生的附加应力进行充分考虑，避免其在受力过程中，出现受力不均或屈折等现象，影响双组合角钢铁塔整体稳定性。第三，在进行设计时，应对双组合角钢主材的长细比进行一定的控制。对于塔身来说，其主材的长细比应保持在40左右。对于塔腿来说，其主材的长细比应保持在30左右，只有这样，才能有效提高双组合角钢构件的承载能力，提高双组合角钢铁塔的稳定性。第四，在进行设计时，要对填板以及辅助材进行均与的布置，大大降低构件受力重心发生偏移。同时还要保证双组合角钢构件的主材，其刚度均匀变化，尽力避免双组合角钢双肢出现受力不均的情况。第五，由于Q420钢材其强度比较高，硬度比较大，且韧性相对来说比较差，在使用过程中，容易出现断裂等现象。并且通过试验我们可以清楚的看到，其在抵抗变形、失稳以及屈折等方面也存在一定的问题。因此在进行设计时，应采取新型钢材或是通过科学设计，避免设计计算过程中存在一定的问题，使其在实际应用中能够得充分应用。

5 结 语

总之，在进行双组合角钢铁塔设计时，应对角钢构件双肢的受力值、长细比等进行科学计算和分析，对填板、辅助材等进行均匀铺设，尽量避免设计出来的铁塔出现双肢受力不均匀。并对次弯矩对塔腿主材构成的影响进行充分考虑，避免其在应用过程中，对塔腿主材的承受能力产生严重的影响。相信通过对其中主要问题进行充分考虑和有效计算，定能促进双组合角钢铁塔设计的质量，提高特高压电网建设水平，保证电力运行安全、可靠、稳定。

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