高强等边角钢极限承载力及稳定性试验与分析

论文摘要

随着我国电力需求的不断增长,电网技术的持续进步,输电线路铁塔向大型化发展。长期以来,我国输电线铁塔所用钢材局限于Q235和Q345两种强度等级。和国外先进国家相比,我国输电杆塔结构所用的钢材种类少、强度值偏低、可选择余地小。当杆塔荷载较大时,只能采用组合截面来弥补材料强度低的不足,增大了设计、加工的工作量。高强钢具有强度高、承载能力强的特点,采用高强钢是有效缓解上述矛盾的措施之一。在输电线路铁塔中使用高强钢,既有明显的技术经济效益,又有利于提高我国输电线路的建设水平。本文主要研究的对象是高强等边角钢Q460。为确保将高强等边角钢Q460合理安全地应用于输电线路铁塔上,本文对Q460高强等边单角钢L125x10进行了5组不同长细比的轴心受压试验研究,以及对Q460高强等边单角钢L140x12进行了3组不同长细比的偏心受压试验研究。试验表明,该试验装置构造合理,符合实际要求。同时,分析了影响该角钢极限承载力的因素,并且把试验结果与现行《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154—2002规范和美国《输电铁塔设计导则》的计算结果相比较,绘出相应的λ? ?柱子曲线。本文根据试验分析结果对规范公式做一些细微的调整,提出Q460高强等边角钢的在轴心受压和两端偏心受压下的长细比修正系数。最后采用有限元分析软件ANSYS对Q460高强等边单角钢L125x10、L140x12压杆建模进行稳定性分析。考察Q460高强等边角钢在轴心受压和两端偏心受压下的破坏形态和极限承载力,并且将ANSYS的分析结果和试验结果对比分析。通过试验和有限元方法的研究结果表明,可以发现一般来说,轴心受压构件在长细比较小时,容易发生弯扭失稳破坏,而在长细比较大时,容易发生弯曲失稳破坏。而且ANSYS计算结果和试验结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外高强钢的规范应用情况
• 1.3 国内外输电线路铁塔中高强钢的应用情况
• 1.4 国内外对热轧角钢整体稳定性能研究
• 1.5 本文的研究内容和研究方法
• 2 受压构件的稳定理论
• 2.1 稳定问题的类型
• 2.2 稳定问题的计算方法
• 2.3 轴心受压构件的屈曲形式
• 2.3.1 轴心受压构件的弯曲屈曲
• 2.3.2 轴心受压构件的扭转屈曲
• 2.3.3 轴心受压构件的弯扭屈曲
• 2.4 压弯构件的屈曲形式
• 2.4.1 压弯构件弯矩作用平面内稳定的边缘屈服准则
• 2.4.2 压弯构件弯矩作用平面内稳定的最大强度准则
• 2.4.3 压弯构件弯矩作用平面外的稳定
• 3 高强等边角钢压杆试验概况
• 3.1 试验目的和要求
• 3.2 试验装置设计
• 3.3 试验内容
• 3.4 试验样本点的选取
• 3.5 试验应变测点布置及说明
• 3.6 试验屈服强度的取值
• 3.7 试验实测面积的取值
• 3.8 标准荷载的转换
• 3.9 试验构件编号的说明
• 4 高强等边角钢压杆试验的失稳现象及结果分析
• 4.1 两端轴心受压构件的试验结果
• 4.2 两端偏心受压构件的试验结果
• 4.3 试验结果分析
• 4.3.1 柱子曲线的确定
• 4.3.2 《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T 5154—2002 和美国《输电塔设计导则》中受压杆件的稳定计算方法
• 4.3.3 两端轴心受压试件柱子曲线的确定
• 4.3.4 两端偏心受压试件柱子曲线的确定
• 5 高强等边角钢压杆ANSYS 有限元分析
• 5.1 概述
• 5.1.1 任务概述
• 5.1.2 工作内容
• 5.2 模型的建立
• 5.2.1 构件及相应的理论简化模型
• 5.2.2 考虑初始缺陷建立模型
• 5.2.3 ANSYS 中有限元模型的建立
• 5.3 有限元计算结果分析
• 5.3.1 L125x10、L140x12 承载力计算结果
• 5.3.2 L125x10、L140x12 的VON－MISES 应力分布及位移变形图
• 5.3.3 L125x10、L140x12 承载力－位移曲线
• 5.3.4 结果分析说明
• 5.4 有限元计算结果和试验结果对比
• 6 结论和展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录