输电铁塔双角钢填板计算方法

第 2 1 卷 第 3 期 2 0 0 6年 3月 广 东 电 力 GUANGD0NG EL ECI Rl C p OW E R V0I 21 N0 3 M a r 2( ) ( ) 8 文章编号 ： 1 0 0 7 2 9 0 X( 2 0 0 8 ) 0 3 一 O 0 3 7 0 3 输电铁塔双角钢填板计算方法 钟寅亥，金晓华 ( 广东省电力设计研 究院，广 州 5 1 0 6 0 0 ) 摘要：在 目前的输电铁塔设计中，双角铜应用普遍，而填板的计算设计却缺乏相应的规范。为此，从受压杆件 失稳的角度，推导出填板的计算公式，并对用此方法计算得出的结果进行分析 ，以指导填板的设计。 关键词 ：输 电铁 塔 ；填板 ；双 角铜 中图分类号 ：TM7 5 3 文献标 志码 ：B Ca l c u l a t i o na l M e t ho d o f Pa d Co nn e c t i n g Two An g l e S t e e l i n Tr a n s m i s s i o n S t e e l To we r ZH0NG Yi n_ h a i J I N X i a o hu a ( Gua ng don g El e ct r i c Power De s i g n I ns t i t u t e，Gu ang z hou 51 0 60 ( ) ，Chi na) Ab s t r a c t ：No wa d a y s t wo a n g l e s t e e l i s g e n e r a l l y u s e d i n t h e d e s i g n o f t r a n s mi s s i on s t e e l t o we r s Bu t t h e d e s i g n o f p a d l a c k s c o r r e s p o n di n g c o d e Th e c a l c u l a t i o n a l f o r mu l a o f p a d i s d e d u c e d f r o m t h e p o i n t o f i n s t a b i l i t y o f p r e s s e d p ol e i n t h i s p a p e r Th e r e s u l t b a s e d o n t h i s me t h o d i s a n a l y z e d t O g u i d e t h e d e s i g n o f p a d Ke y wo r d s ：t r a n s m i s s i o n s t e e l t o we r ；p a d；t WO a n g l e s t e e l 双角钢在 2 2 0 k V 及以上输 电线路铁塔 的设计 中应用广泛 ，然而现有规范对填板的计算却未作具 体说明，仅仅对填板问的距离作了要求。在 钢 结构设计手册( 上册 ) 中仅有部分角钢杆件的填板 尺寸 ，而且当问距发生变化时，填板尺寸该如何取 值也没有说明。这些构造要求适合于用焊缝和铆钉 与主肢相连 的填板 ，而输 电塔中是用普通螺栓相 连的，受力状态与屋架等钢结构有所区别。虽然在 理想弹性状态下 ，填板并不受力，但 由于初始偏心 引起 的弯矩以及两肢受力不等 ，并且普通螺栓连接 有滑动 ，柱肢会在剪力作用下产生变形 ，所 以要考 虑填板的受力。 本文从构件发生弯曲变形角度 ，推导填板受力 计算公式 ，供设计人员参考使用 。 1 杆件所 受的横 向剪力 【 ， 当杆件受到轴向压力作用时 ，杆件发生挠 曲变 形而在端部 产生横 向剪力 1 。当其绕 平行 于 收稿 日期 ：2 O O 7 1 O - 0 8 填板的轴挠 曲时 ，剪 力 与此轴垂直 ，填板 因 此承受部分横向剪力 ，从而在填板上，也就是在组 合杆件的断面 中性层 ，产生一对纵 向剪力 Q，见 图 I 。 实轴 螺栓U U 填板 、虚 轴 实 v -y 螺栓 填板 、 、 )。 。 1 Q b Q io oj j l一 一 1 L 一 1 图 1 杆件和填板上的剪力 一和 0 端部剪力为 mx y U ( 1 ) 其中 ，挠度 = ，轴 向压力 = ， ，二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 二 维普资讯 第 2 1 巷 ， 得 ) 在图 3中的反弯点处弯矩 为零，只承受剪力。 如果个填板分担 的剪力是 则填板竖向承受 、一 的剪力为 式中： 为组 合角钢虚轴 回转 半径； 为组合角 钢最小承载力对应的 屈稳定 系数，对应于 2虚 轴( x轴) 旧转半径 ；1 4 _为断 面f 19毛截面面积；_ 为钢材抗 压强度设计值 ；f为组 合角钢的计算 长 度；3为组合角钢的宽度加填板厚度。 组合断面中性层上作用的纵向剪力 截面剪力分析如图 2所示，则填板 中心 ( x) 所受到的剪应 J 为 r= 图 2 截面剪力 冈为填板厚度 r 相刈 角钢的宽度来说很小，故 【 1 认为填板 - 沿厚度方向的剪J ,t L J 3 8 -1 a 7 1 等。这样填 板上的横 r 口 】 剪力为 Q= = 式中：r 为填 板的厚度； V为垂直 于组 合杆什虚 轴的横向剪力；( 。 为填 饭间距 ； 为梁 中和轴处 半个断面 的面积矩 ，S=1 4 _ x( Z +( ) 5 r ) ，Z 为 角钢形心距离 ；，为梁作为实腹体 时整个断面 的 惯性矩，=2 X A( Z +( ) 5 r ) + ， I ， I =A X ， 为 角钢平行轴 的回转半径 ，A 为 角钢 截面积 。 将 。，代人式( 5 ) ，则 Q= 丽 ( r ) 3 两个等边角钢组成的 厂 形断面应 力和螺 栓计算 螺栓一般布置在角钢准线处 ，离 f J 性轴有 一段 距离 P ，因此填板 I 产生扭矩 Q X P 。此扭矩由螺 栓承受 。即螺栓同时受剪扭力作用。以常见的两个 螺栓连接为例，螺栓距离取最小 容许距离 3 则 单个螺柃受到的合力为 Oi 2+Q X P ( ) ，其值 小应大于单个螺栓抗 剪承载力。 填板厚度要求与节点板一致 ，刚度一般足够 。 可不计算 。 = ) r = 孚 ( 4 ) 4两 个 等 边 角 钢 组 成 的 + 形 断 面 廊 力 计 I 算 在填板刚度满足的前提下，填板的l 、 力_n 丁 以根 据 3所永的计算简 确定 。 图 3 填板的 内力计算简图 因为绕 x轴的 回转半径小于 w轴 的川转 半径 ，所以只对断面绕 x轴火稳情况分析填板及 螺栓的受力。 由于填板纵横两个方向分开式各布罟一块 ，填 板及螺栓承受剪力 Q及偏心造成 9 -11 1 矩 M，i 十 箅 公 式如 下 ： a )螺栓群形心的扭矩 M=Q X Q至螺栓群形心的力臂 =Q X( 角钢 肢宽 +填饭厚 ) 2 。 b )填板受弯正俺力 ： 了 M 一了 ， 2 7 式中， 为填板较远端距形心轴的距离，为填板 净惯性矩 。 C )填板 剪应 力 取 兀 ， ， 二 = 一 入 匕 ， l 将 H H 0 l 8 H H 川 ， = = = ： = = = = 二 二 二 + 一 维普资讯 第 3 期 钟寅亥等：输电铁塔双角铡填板计算办法 Q s r V 式中， 为填 板 扣 孔 后 的半 个 断 面 对 形 心 的 面 积矩 。 螺栓按照螺栓群的计算方法 即可。 5 结论 为了使设计人员能对此种算法有一个大致 的认 识 ，下 面选 取 几 种 型号 的 L 形 等边 角 钢进行计算 。6 8级 螺 栓 取 4 M2 4 X 2 ， 双排 错 开 排 列 ，布 置如图 4 。单个螺栓 抗 剪 承 载 力 为 1 ( ) 8 5 2 kN 1 l J l l L 图 4 填板及螺栓尺寸 角钢和填板都选用 Q3 4 5钢 ，填板厚 1 2 mm， 计算结果见表 1 、表 2 、表 3 。 表 1 计 算结果 1 ( 角钢规格 2 0 0 m m2 0 m m，计算长度 2 4 m，填板间距 8 0 0 m，单侧螺栓 3 M2 4 ，填板个数 2 ) 表 2 计算结果 2 ( 角钢规格 2 0 0 m mX2 4 m m。计算长度 2 4 m。填板间距 8 0 0 m。单侧螺栓 3 M2 4 ，填板个数 2 ) 表 3 计算结果 3 ( 角钢 规格 2 0 0 m mX 2 4 m m，计算长度 3 9 m，填板间距 1 3 0 0 m，单侧螺栓 4 M 2 4 ，填板个数 2 ) 由表 1 、表 2 、表 3可以得到以下结论 ： a )填板厚度与螺栓型号、螺栓数量 、计算长 度 、填板间距密切相关。填板厚度是铁塔优化设计 中重点考虑 的问题 ，它 的选择应该 尽可能地取薄， 从上述计算结果来看 ，1 2 mm 已可满足受力要求 ， 低于以往的限值，可减少 2 5 以上的填板重量。 虽然从计算上还可以取小 ，但是 由于需要与节点板 相匹配，填板厚度也不能太薄。 b )在填板问距 1 3 m 时 ，4 M2 4螺栓已接近 承载力限值 ，在其他条件不 变时 ，若增大填 板问 距 ，必须增加 螺栓数量 ，这 样填板 的尺寸也 会增 大 ；若保持 4 M2 4不变 ，则需增加填板数来减小填 板问距 。在螺栓价格远高于普通钢材的情况下，综 合 比较应以总的螺栓数较少为 目标。 c )上述计算 中未考虑初始偏心的影响。对几 种角钢的计算表明，因偏心增加的剪力约在 5 以 内，因此设计时要适当加大安全系数 。 参 考文献 ： 】 GB 5 t ) 0 1 7 2 0 1 ) 3 ，钢结构设计规范I s 2 陈绍蕃 钢结构 没计原理 M 3版 北 京：科学 出版 社 2 1 )1 ) 5 E 3 钢结构设计手册 编辑委 员会 钢结构设计 手册 ：上册 K 3版 北 京 ： 中 同建 筑 1 二 业 出版 社 ，2 1 ) 0 4 作者简介 ：钟寅亥 ( 1 9 7 4一) 男，湖 北黄 陂人 。工程 师，工 学硕 士 主要 从事高压输电线路 结构的研 究与设计 。 南方电网抗灾复电取得重大胜利 2 0 0 8 年 的 冰 凝冻火 害发生 以后 ，中 圈南方 电 州责任 有限 公刊 认真贯彻 落实党 中央 、国务院 的统 一部 署，1 6 万 多 抢 修人 员夜奋战在最 前线 ， 过一 个多 月的 f 仪 战 ，广曲 电网、 南 电网、广东 电网分别 j 2 0 0 8 年2 川2 7 日、2 8 L J 、2 9 【 J 仑 修复 ，恢复止常运 仃， 实现户户复电。3 J J 5 H，西电东送主通道全而修复，贵州 送广东电 达到5 0 l GW，超过年仞计划水半；3 月8 口， 贵州 电网实现 “ 户户 复电”，标志着 南方