专利名称：一种双弧形钢材截面结构设计方法
技术领域：
本发明涉及一种电力设备，具体涉及电力输送过程中输电铁塔塔材的结构设计方法。
背景技术：
热轧角钢一直是我国输电线路铁塔塔材的首选材料，热轧角钢的强度、稳定及长 细比三个方面的计算决定了其截面规格的大小，热轧角钢的强度计算与热轧角钢的截面面 积直接相关，热轧角钢的稳定计算与热轧角钢稳定系数、截面面积及压杆稳定强度折减系 数1%直接相关，稳定系数与热轧角钢的截面结构特性密切相关。随着采用热轧角钢输电铁 塔材料强度的逐步提高，使得压杆稳定强度的折减受翼缘板自由外伸宽度与其厚度的比值 的影响越来越明显，对于输电铁塔中部分较长的构件，截面结构的选取直接由构件的长细 比控制，而长细比的计算又与热轧角钢的截面结构特性密切相关，热轧角钢的截面形状适 于输电铁塔中各构件之间的相互连接，可减少节点板数量，这也是我国输电线路铁塔长期 以来采用热轧角钢的主要原因之一，但热轧角钢的截面结构形状单一，热轧角钢翼缘自由 外伸与其厚度的比值限值随着钢材强度级别的提高而减小，因此导致热轧角钢压杆稳定强 度的折减随着钢材强度级别的提高而增大，常常导致构件在使用过程中发生局部屈曲，如 何在保持现有热轧角钢的优势，再开发出提高结构强度的截面形式，是目前需要解决的问 题。
发明内容
为解决现有技术中采用热轧角钢的输电铁塔稳定强度的折减随着钢材强度的提 高而增大，导致构件局部屈曲的问题，本发明提供一种通过冷弯工艺优化的翼缘外伸宽厚 比，避免压杆稳定强度的折减，从而大大提高构件材料强度利用率和截面承载力。双弧形钢 材截面结构设计方法，具体方案如下一种双弧形钢材截面结构设计方法，所述钢材截面包 括顶角和肢板，其特征在于，所述顶角为平面的加强板，肢板与加强段连接处为相对的“S” 状的弧形段，按照下列步骤确定钢材截面的结构，
M 202(1)确定翼缘外伸宽度，(2)R1 值在 1 t 之间， 其中t为钢材厚度，R1为内弧半径，R2为外弧半径，L1为肢板宽度，L2为翼缘外 伸宽度，L3为加强段的长度，f为钢材设计强度。本方案采用冷弯工艺能根据需要生产出材料分布最优的合理截面形状，借鉴传统 热轧角钢的优点并结合冷弯工艺，本方案双弧形钢材截面结构采用双“S”形弧度设计，可以根据需要优化翼缘板自由外伸长度与厚度的比值，减小了钢材强度对稳定强度的折减，提 高了构件材料的强度利用率，连接点的弧形设计和角部加强的外凸冷弯处理较传统热轧角 钢具有更好的截面特性，大大提高截面承载力。由于弧度半径的大小与冷弯工艺的水平有 关，在条件许可的情况下弧度半径越小越好，一般不要大于钢材本身的厚度。冷弯型钢是 通过改变其截面形状而提高力学性能为代表的轻型钢结构，本发明输电铁塔绝大部分主要 受力杆件由受压稳定控制，双弧形钢材截面结构可以通过冷弯加工工艺调整翼缘外伸宽度 与厚度的比值，避免了构件在使用过程中局部屈曲的发生，根据钢材设计强度及厚度优化 的外伸宽度，即通过冷弯工艺优化的翼缘外伸宽厚比，可以避免压杆稳定强度的折减，从而 大大提高了构件材料的强度利用率，具有更好的力学特性。加强板与两肢板采用45°夹角 使得受力勻称，两肢板采用直角延续了热轧角钢的有益效果，“s”状弧形减小了翼缘伸出长 度，增大了强度。
图1常规热轧角钢截面结构示意2本发明的双弧形钢材截面结构示意图
具体实施例方式目前输电铁塔包括塔身主材、斜材、辅助材和横隔材，构成各种构件的热轧角钢截 面如图1所示，包括顶角1和肢板2，其中L1表示热轧角钢肢板宽度、t表示钢材厚度、B表 示肢板翼缘外伸宽度，R表示热轧角钢的内弧半径，根据《架空送电线路杆塔结构设计技术 规定》(DL/T 5154-2002)(以下简称技术规定)中关于角钢压杆稳定强度折减系数％的规
定，对于图1所示的热轧角钢截面，当时
，其中f为钢材的设计强度；上述公式可以看出翼缘外伸宽
厚比B/t的限值与钢材设计强度f的平方根成反比关系，也就是说，钢材强度级别越高，宽 厚比B/t限值越低，对传统热轧角钢而言，当强度级别较高时常常会存在翼缘外伸宽厚比 B/t较大的情况，根据技术规定必须对钢材的强度设计值进行折减。如图2所示，本方案设计的双弧形钢材截面结构，包括顶角1、肢板2、内弧3和外 弧4，两边的肢板与平面加强板连接处为“S”状连接的正反两个弧形段，紧靠平面加强板处 的弧形圆心朝向内部，第二个弧形圆心朝向外部，两边肢板上的弧形相对，连接的两个弧形 大小相同，可以用在输电铁塔的所有塔材上，其中L1表示肢板宽度、t表示钢材厚度、L2表 示肢板翼缘外伸宽度(即图1中的B)、R1表示内弧3的内弧半径，R2表示内弧4的外弧半 径、L3表示加强板的长度，本方案将钢板或钢带的冷弯工艺引进到输电铁塔的塔材截面优 化设计中，当输电铁塔塔材强度等级确定后即钢材设计强度f 确定后，在已知钢材厚度t的
情况下，翼缘外伸宽度L2的确定方法为，弧度的内弧半径R1的大小，由冷弯工
艺决定，为了保证弧度弯曲部的质量，R1的取值范围在1mm至钢材厚度t之间，外弧半径R2 的取值取为R2 = Rl+t，受冷弯工艺的影响，R1的值一般最小只能达到t-lmm或t-2mm的程度。为了便于弧度的加工以及增大截面特性，应保证加强板的内侧可与两肢板的交点接触， 即L3的内侧与附图2中的虚线交点相交，同时保证L3与两肢板成45°夹角，加强板的长度
；完成以上参数的确定后，将钢板或钢带通过冷轧
机或压弯成型机加工成型，即可得到本发明所设计的双弧形钢材截面结构。 实施例1 对于输电铁塔常用的传统热轧角钢规格Q345L125X8而言，肢板宽度采用同样参数来计算双弧形钢材截面结构，根据Q345钢 材设计强度f = 310N/mm2及厚度t = 8mm，确定翼缘外伸宽度 202 202
对翼缘外伸宽度取整L2 = 91_，由冷弯工艺 决定，角部弯曲部分内弧半径Rl = 8mm-2mm = 6mm,外弧半径R2 = Rl+8mm = 14mm,
强板长度取整为L3 二 28mm，完成以上参数的确定后，将8mm的钢板或钢带通过冷轧机
或压弯成型机加工成型，弧形截面结构的截面翼缘外伸宽厚比一 =7 = 11.375，满足
根据技术规定压杆稳定强度折减系数％ = 1.0，稳定强度不折
权利要求
一种双弧形钢材截面结构设计方法，所述钢材截面包括顶角(1)和肢板(2)，其特征在于，所述顶角为平面的加强板，肢板与加强段连接处为相对的“S”状的弧形段，按照下列步骤确定钢材截面的结构，(1)确定翼缘外伸宽度(2)R1值在1～t之间，R2＝R1+t，(3)加强板的长度其中t为钢材厚度，R1为内弧(3)的半径，R2为外弧(4)的半径，L1为肢板宽度，L2为肢板翼缘外伸宽度，L3为加强段的长度，f为钢材设计强度。FSA00000123550600011.tif,FSA00000123550600012.tif
全文摘要
本发明涉及一种双弧形钢材截面结构设计方法，具体涉及电力输送过程中输电铁塔塔材的结构设计方法，本方案的双弧形钢材截面结构包括顶角和肢板，顶角为平面的加强板，肢板与加强段连接处为相对的“S”状的弧形段。本方案采用冷弯工艺能根据需要生产出材料分布最优的合理截面形状，借鉴传统热轧角钢的优点并结合冷弯工艺，本方案双弧形钢材截面结构采用双“S”形弧度设计，可以根据需要优化翼缘板自由外伸长度与厚度的比值，减小了钢材强度因稳定强度的折减，提高了构件材料的强度利用率，连接点的弧形设计和角部加强的外凸冷弯处理较传统热轧角钢具有更好的截面特性，大大提高截面承载力。
文档编号E04H12/08GK101852034SQ20101017375
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者张子富, 杨靖波, 杨风利, 韩军科 申请人:中国电力科学研究院