一种新型输电线路铁塔结构斜材制造技术

一种输电线路铁塔结构斜材属于输电线路领域，针对输电线路铁塔结构设计中构件截面的选型问题。其特征在于，采用不等肢冷弯角钢；不等肢冷弯角钢长肢长度ｂ↓［１］和短肢长度ｂ↓［２］之比的范围在１．４５～１．６５之间；当所述的冷弯内卷边角钢壁厚不超过６ｍｍ时，考虑冷弯效应的强度设计值ｆ′＝［１＋η（１２γ－１０）ｔ／ｌ＊θ↓［ｉ］／２π］ｆ，其中，η为型方式系数，γ为钢材的抗拉强度与屈服强度的比值，ｎ为截面所含棱角数目为３，θ↓［ｉ］为截面上第ｉ个棱角所对应的圆周角，ｌ为截面中心线的长度；ｆ为不考虑冷弯效应的钢材强度设计值，ｔ为不等肢冷弯角钢的厚度。当所述的冷弯角钢壁厚大于６ｍｍ同时小于１６ｍｍ，进行修正。本实用新型专利技术若按原材料强度设计值对输电线路铁塔设计，则冷弯效应带来的强度提高可作安全储备。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于输电线路设计领域，特别是针对输电线路铁塔结构设计中构件截面的选型问题。
技术介绍
在输电线路杆塔结构中，斜材是只能单面与主材连接的偏心受力构件，其承载能力Pcr计算长度l成反比，与截面惯性矩I成正比，可以用公式表述为Pcr＝π2EI/l2。斜材的长度一般较大，特别是身部斜材构件都采用辅助支撑降低计算长度，以提高其承载能力。当构件采用等肢角钢时，由于支撑肢和自由肢角钢的截面惯性矩一样，未支撑平面内的计算长度将显著增大，导致构件在该平面的承载能力显著降低，在结构设计选材时起控制作用。而采用不等肢角钢，短肢平面采用辅助支撑，以降低计算长度，提高其承载力；宽肢虽为自由肢，但其惯性矩较短肢惯性矩大，其承载力也相应提高。二者优势互补，从而充分利用了材料的截面特性以提高斜材的承载能力。长期以来，我国输电线路铁塔结构的斜材大都选用等肢热轧角钢，由于热轧角钢规格种类的限制，设计中还经常存在“以大代小”的情况。这样就导致了斜材截面特性不能得到充分利用，造成钢材浪费，增加了输电线路铁塔的重量，不利于输电线路铁塔结构设计的优化。而在国外，不等肢热轧角钢在输电线路铁塔上的应用已经较为广泛，据相关资料统计表明，应用不等肢热轧角钢的斜材长细比λ大都大于120。由于不等肢热轧角钢容易受到规格种类的限制，在我国输电铁塔设计中一直没有得到推广应用，而冷弯型钢是解决这一问题的良好途径。冷弯型钢结构是通过改变其截面形状而提高力学性能的轻型钢结构，采用冷加工成型工艺，型钢壁板的宽厚比不像热轧钢材那样受到限制，因此可以做得既薄又宽，能根据需要生产出材料分布最优的合理截面形状，开拓了主要借助截面形状而不是单纯增加材料用量来提高承载力的新途径。经过冷加工的钢材，-->由于被加工的部分经受了塑性变形，材料经历了冷作硬化，其机械性能有了很大改善，屈服强度和极限强度提高。利用冷弯型钢截面种类不受限制的巨大优势，可以根据实际需要，将不等肢冷弯角钢应用到输电铁塔斜材的设计中去。
技术实现思路
本技术针对我国输电线路铁塔斜材长期以等肢热轧角钢为主，很大程度上限制了设计人员对新型构件进行探讨与使用的现状，提出了用冷弯不等肢角钢作为输电铁塔斜材的解决方案。不等肢冷弯角钢作为主材的输电线路铁塔如附图1所示，斜材由不等肢冷弯角钢组成。不等肢冷弯角钢考虑冷作硬化的影响，其屈服强度将有不同程度的提高，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》(GB50018-2002)中给了冷弯型钢壁厚不超过6mm时，考虑冷弯效应的强度设计值f′。采用不等肢冷弯角钢；不等肢冷弯角钢长肢长度b1和短肢长度b2之比的范围在1.45～1.65之间；当所述的冷弯内卷边角钢壁厚不超过6mm时，考虑冷弯效应的强度设计值f′=[1+η(12γ-10)tlΣi=1nθi2π]f,]]>其中，η为型方式系数，γ为钢材的抗拉强度与屈服强度的比值，n为截面所含棱角数目为3，θi为截面上第i个棱角所对应的圆周角，l为截面中心线的长度；f为不考虑冷弯效应的钢材强度设计值，t为不等肢冷弯角钢的厚度。当所述的冷弯角钢壁厚大于6mm同时小于16mm，进行修正，修正后的公式为：f′=[1+η(12γ-10)tf(t)lΣi=1nθi2π]f]]>其中f(t)=eln(β/0.165)6t-lnβ0.165,]]>其余的系数物理意义同上，根据已有的试验数据取β＝0.12。本技术输电线路铁塔斜材的两个特点：一)冷作硬化对不等肢冷弯角钢强度有较大提高，冷弯效应一般可以提高设计强度的10％左右，若按原-->材料强度设计值对输电线路铁塔进行设计，则冷弯效应带来的强度提高可作为安全储备。二)当不等肢冷弯角钢与等肢热轧角钢面积和厚度相同时，不等肢冷弯角钢斜材的承载能力较大，从而减少了输电线路铁塔用钢量。不等肢冷弯角钢应用到输电线路铁塔结构设计中应注意以下几点问题，一)不等肢冷弯角钢作为斜材与主材之间的螺栓连接，考虑到冷弯效应的影响，端距由原来的1.5倍螺栓直径改为2.0倍螺栓直径；二)垂直内力方向螺栓中心至构件边缘的距离最小容许值，由原来的1.25倍螺栓直径改为1.45倍螺栓直径。冷弯不等肢斜材用于输电线路铁塔结构时，在构造上要满足以上特殊要求。附图说明图1为输电线路铁塔塔身结构图，其中1为主材，2为斜材、3为横材、4为辅助材。图2为热轧等肢角钢的截面示意图。图3为冷弯不等肢角钢的截面示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本技术的一个具体实例，在输电线路铁塔结构设计中采用不等肢冷弯角钢作为输电铁塔斜材。某220kV输电线路铁塔，某段斜材等肢热轧角钢(Q235)截面尺寸为40mm×40mm×4mm，采用不等肢冷弯角钢进行输电线路铁塔结构设计，该斜材的规格变为50mm×30mm×3mm。不等肢冷弯角钢与等肢热轧角钢截面示意图如图2和图3所示，截面特性见下表：  规格  A(cm2)  Ix  (cm4)  Iy(cm4)  Ix0(cm4)  Iy0(cm4)  等肢热轧角钢  L50×50×4  3.90  9.26  9.26  14.68  3.82  不等肢冷弯角钢  L60×40×3  2.85  10.78  3.98  12.64  2.13-->一般情况下，交叉斜材采用单面螺栓连接，且长细比较大，在荷载作用下将发生绕平行轴(X轴获Y轴)的弯曲破坏。如果设计合理，不等肢冷弯角钢斜材可以使钢材截面特性得到充分利用，提高斜材的承载能力。不等肢冷弯角钢60mm×40mm×3mm，考虑冷弯效应的强度设计值f′=[1+η(12γ-10)tlΣi=1nθi2π]]]>f=[1+1.0×(12×1.58-10)×395.07×14]×f=1.071×205=219N/mm2,]]>等肢热轧角钢50mm×50mm×4mm的强度设计值为215N/mm2，经计算，对于选定的长度为2.774m的斜材，不等肢冷弯角钢斜材较等肢热轧角钢斜材承载力提高8％，而冷弯不等肢角钢斜材的重量比等肢热轧角钢斜材的重量节省27％。即使不考虑冷弯效应带来的强度提高对输电线路铁塔进行设计，冷弯带来的强度提高可以作为输电铁塔结构的安全储备。分析表明，与传统的热轧等肢角钢斜材相比，冷弯不等肢角钢可以提高输电铁塔的承载力，有效降低输电铁塔重量，获得显著的经济效益。此外，冷弯角钢在加工时不受规格限制，给输电线路铁塔设计人员在设计时带来便利，宜推广应用。-->本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种输电线路铁塔结构斜材，其特征在于，采用不等肢冷弯角钢；不等肢冷弯角钢长肢长度ｂ↓［１］和短肢长度ｂ↓［２］之比的范围在１．４５～１．６５之间；　　　　当所述的冷弯内卷边角钢壁厚不超过６ｍｍ时，考虑冷弯效应的强度设计值ｆ′＝［１＋η（１２γ－１０）ｔ／ｌ＊θ↓［ｉ］／２π］ｆ，其中，η为型方式系数，γ为钢材的抗拉强度与屈服强度的比值，ｎ为截面所含棱角数目为３，θ↓［ｉ］为截面上第ｉ个棱角所对应的圆周角，ｌ为截面中心线的长度；ｆ为不考虑冷弯效应的钢材强度设计值，ｔ为不等肢冷弯角钢的厚度；　　　　当所述的冷弯角钢壁厚大于６ｍｍ同时小于１６ｍｍ，进行修正，修正后的公式为：　　　　ｆ′＝［１＋η（１２γ－１０）ｔｆ（ｔ）／ｌ＊θ↓［ｉ］／２π］ｆ　　　　其中ｆ（ｔ）＝ｅ↑［ｌｎ（β／０．１６５）／６ｔ－ｌｎβ／０．１６５］，其余的系数物理意义同上，根据已有的试验数据取β＝０．１２。

【技术特征摘要】
1、一种输电线路铁塔结构斜材，其特征在于，采用不等肢冷弯角钢；不等肢冷弯角钢长肢长度b1和短肢长度b2之比的范围在1.45～1.65之间；当所述的冷弯内卷边角钢壁厚不超过6mm时，考虑冷弯效应的强度设计值f′=[1+η(12γ-10)tlΣi=1nθi2π]f,]]>其中，η为型方式系数，γ为钢材的抗拉强度与屈服强度的比值，n为截面所含棱角数目为3，θi为截面上第i个棱角所对应的圆周角，l为截面中心线的长度；f为不考虑冷弯效应的钢材强度设计值，t为不等肢冷弯角钢的厚度；当所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨风利，李正，陈海波，韩军科，杨靖波，吴国强，万国胜，叶掀亮，
申请(专利权)人：国网北京电力建设研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]