Abstrakt

Einwinkelstahlelemente sind grundlegende Komponenten in Kraftübertragungstürmen, Mit erheblichen Druckbelastungen aufgrund der strukturellen Anforderungen an Hochspannungs- und Ultradohling-Übertragungsleitungen. Die endgültige komprimierende tragende Kapazität dieser Mitglieder ist entscheidend, um die Stabilität und Sicherheit von Turm unter verschiedenen Belastungsbedingungen sicherzustellen, einschließlich Wind, Eis, und seismische Kräfte. Dieser Artikel bietet eine umfassende Analyse der Forschung zur endgültigen Druckkapazität von Einzelwinkelstahl, Konzentration auf Materialeigenschaften, Knickverhalten, und experimentelle und numerische Studien. Durch Vergleichstabellen, Wir bewerten die Leistung verschiedener Stahlklassen, Querschnittskonfigurationen, und Designparameter, wie Schlankenverhältnis und Exzentrizität. Jüngste Studien, Einschließlich der typischen Turmtests und Finite-Elemente-Analysen, werden überprüft, um Fortschritte beim Verständnis von Knickmodi und Versagensmechanismen hervorzuheben. Die Analyse zielt darauf ab, Ingenieure und Forscher bei der Optimierung des Designs von Winkelstahlmitgliedern für eine verbesserte Kapazität und strukturelle Effizienz bei Getriebetürmen zu leiten.

1. Einführung

Stromübertragungstürme sind kritische Infrastrukturkomponenten, die Hochspannungs- und Ultrahochspannungsleitungen unterstützen, Ermöglichen der effizienten Übertragung von Elektrizität über große Entfernungen hinweg. Einwinkelstahlelemente, Typischerweise L-förmig im Querschnitt, werden in diesen Türmen aufgrund ihres hohen Verhältnisses zu Gewicht häufig verwendet, Leichtigkeit der Herstellung, und Vielseitigkeit in strukturellen Konfigurationen. jedoch, Diese Mitglieder sind in erster Linie Druckbelastungen ausgesetzt, ihre ultimative tragende Kapazität zu einer wichtigen Berücksichtigung von wichtigen Designs machen. Ausfallmodi wie lokales Knicken, globales Knicken, und Materialausbeute kann die Kapazität des Winkelstahls erheblich verringern, Risiken für die Stabilität von Turm einstellen.

Die zunehmende Nachfrage nach größeren und schwerer beladenen Türmen, Angetrieben von ultrahoch-spannungsbetonten (UHV) Systeme wie das 1000 KV Tin-Meng-Shadong-Linie, hat fortgeschrittene Erforschung des Druckverhaltens von Winkelstahl erforderlich. Jüngste Studien, wie type Turmtests und numerische Simulationen, haben sich auf die Optimierung der Materialauswahl konzentriert, Querschnittsdesign, und Verbindungsdetails zur Verbesserung der geladenen Kapazität. Dieser Artikel synthetisiert diese Ergebnisse, Bereitstellung einer detaillierten Analyse der Faktoren, die die endgültige Druckkapazität von Einzelwinkelstahl beeinflussen, einschließlich Materialeigenschaften, Schlankheit, und Randbedingungen. Vergleichstabellen und Parameteranalysen werden vorgestellt, um einen robusten Rahmen für das Verständnis der aktuellen Forschung und zum Leiten zukünftiger Entwicklungen zu bieten.

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2. Materialeigenschaften und Konstruktionsparameter

Die Druckkapazität von Einzelwinkelstahl hängt von seinen Materialeigenschaften und geometrischen Eigenschaften ab. Gemeinsame Stahlklassen, die in Getriebetürmen verwendet werden, umfassen Q235, Q345, und Q420, mit höheren Klassen wie Q460 und fortschrittlichen hochfesten Stählen (Ahss) Traktion für UHV -Anwendungen gewinnen. Diese Materialien werden basierend auf ihrer Ertragsfestigkeit ausgewählt, Zugfestigkeit, Duktilität, und Schweißbarkeit.

2.1 Wichtige Materialeigenschaften

Die primären Materialeigenschaften, die die Druckkapazität beeinflussen:

• Streckgrenze (f_y): Die Spannung, bei der plastische Deformation beginnt, kritisch für das Widerstand von Knicken und Nachgeben.
• Zugfestigkeit (F_U): Die maximale Spannung vor der Fraktur, Angeben der endgültigen Kapazität des Materials.
• Young's Modul (E): Die Steifheit des Materials, Beeinflussung des elastischen Knickverhaltens.
• Duktilität: Die Fähigkeit, plastisch zu verformen, Essentiell für die Absorption von Energie unter dynamischen Belastungen.

2.2 Design-Parameter

Zu den wichtigsten Designparametern gehören:

• Schlankheitsverhältnis (λ = l/r): Das Verhältnis der effektiven Länge (L) zum Radius der Gyration (R), Globales Knicken.
• Querschnittsbereich (EIN): Bestimmt die axiale Belastungskapazität.
• Exzentrizität (e): Das Laden außerhalb der Mitte aufgrund von Verbindungsdetails, zusätzliche Biegemomente induzieren.
• Randbedingungen: Behoben, festgesteckt, oder teilweise zurückhaltende Enden beeinflussen die Knickmodi.

2.3 Vergleich der Stahlnoten

Tabelle 1 Vergleicht die mechanischen Eigenschaften von gemeinsamen Stahlstufen, die in Einzelwinkelstahl für Getriebetürme verwendet werden.

Quelle: Angepasst von gb/t 700-2006 und gb/t 1591-2018 Normen

3. Knickverhaltens- und Ausfallmodi

Die endgültige Druckkapazität von Einwinkelstahl ist hauptsächlich durch Knicken begrenzt, die in lokaler Auftritt auftreten kann, global, oder Biegertorsionsmodi. Der Knickmodus hängt vom Schlankheitsverhältnis ab, Querschnittsgeometrie, und Ladebedingungen.

3.1 Lokalknicke

Lokales Knicken tritt in den Flanschen oder im Netz des Winkelabschnitts auf, wenn das Verhältnis von Breite zu Dicke (b/t) ist hoch. Dieser Modus ist in dünnwandigen Abschnitten weit verbreitet und kann die Kapazität erheblich verringern. Untersuchungen zu Q420 großer Sektionswinkelstahl (z.B., L200x20) haben gezeigt, dass lokales Knicken in Spannungen unterhalb der Ertragsfestigkeit initiiert wird, erfordert kompakte Abschnittsdesigns.

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3.2 Globales Knicken

Globales Knicken, oder Euler knicken, tritt bei schlanken Mitgliedern mit hohen Schlankheitsverhältnissen auf (l > 80). Die kritische Knicklast (P_cr) wird gegeben von:

P_cr = π²i / (KL)²

Wo E Young's Modul ist, Ich bin der Moment der Trägheit, K ist der effektive Längenfaktor, und l ist die Mitgliedslänge. Für einwinkelstahl, die schwache Achse (Typischerweise die Z-Z-Achse) regiert das globale Knicken aufgrund des asymmetrischen Querschnitts.

3.3 Biegertorsionsknicken

Die Biege-Torsionsknicken ist aufgrund der exzentrischen Belastung bei verschraubten Verbindungen in einem Winkelstahl häufig, was kombiniertes Biegen und Torsion induziert. Eine Studie über Q345 Winkelstahl (L125x10) zeigte, dass Exzentrizität das Risiko dieses Modus erhöht, Reduzierung der Kapazität um bis zu 20% im Vergleich zur konzentrischen Belastung.

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3.4 Vergleich der Knickkapazitäten

Tabelle 2 Vergleicht die ultimativen Druckkapazitäten von Einzelwinkelstahlelementen mit unterschiedlichen Querschnitten und Stahlstufen, Basierend auf experimentellen und numerischen Daten.

Quelle: Zusammengestellt aus experimentellen Studien und Finite -Elemente -Analysen

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4. Experimentelle und numerische Studien

In jüngsten Forschungen wurden experimentelle Tests und numerische Simulationen verwendet, um die Druckkapazität von Einzelwinkelstahl in Getriebetürmen zu untersuchen. Diese Studien bieten wertvolle Einblicke in das Knickverhalten, Lastverteilung, und Designoptimierung.

4.1 True-Typ-Turmtests

True-Typ-Turmtests umfassen Modelle in vollem Maßstab oder skalierte Turm, die Lasten ausgesetzt sind, um theoretische Berechnungen zu validieren. Ein bemerkenswertes Beispiel ist der wahre Test des ZBC30105BL-Turms für den Zinn-Meng-Shandong 1000 KV UHV -Linie. Der Turm, Konstruiert mit Q345B -Einzel- und Doppelwinkelstahl, wurde unter verschiedenen Lastbedingungen getestet, einschließlich Wind (30 Frau) und Eis (10 Millimeter). Die Ergebnisse zeigten, dass die gemessenen Druckkapazitäten der einzelnen Winkelelemente (z.B., L160x12) waren innen 5% der theoretischen Werte, Bestätigung der Zuverlässigkeit von Designstandards wie DL/T 5154-2002.

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4.2 Finite-Elemente-Analyse

Finite -Elemente -Analyse (FEA) Die Verwendung von Software wie ANSYS und ABAQUS wurde häufig verwendet, um das Knickverhalten von Winkelstahl zu modellieren. Eine Studie über Q420 Winkelstahl (L200x16) Unter exzentrischer Komprimierung zeigte, dass FEA die lokale Knicker -Initiation und die endgültige Kapazität genau vorhergesagt hat, mit fehlern weniger als 10% im Vergleich zu experimentellen Ergebnissen. Die Studie empfahl auch eine modifizierte Formel für die Slenderness-Verhältnis für parallele Achsenmitglieder, um Verbindungseffekte zu berücksichtigen.

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4.3 Vergleich der experimentellen und numerischen Ergebnisse

Tabelle 3 Vergleicht die endgültigen Druckkapazitäten von experimentellen Tests und FEA für ausgewählte Winkelstahlelemente.

Quelle: Zusammengestellt aus Tests für echte Typen und FEA-Studien

[](https (Englisch)://html.rhhz.net/nmgdljs/20150509.htm)[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?Typ = Ansicht&ID = 202405011)

5. Entwurfsstandards und Empfehlungen

Chinesische Designstandards, wie dl/t 5154-2002 und dl/t 5219-2023, Geben Sie Richtlinien für die Berechnung der Druckkapazität von Winkelstahl in Getriebetürmen an. Diese Standards machen Knickmodi aus, Exzentrizität, und Verbindungsdetails.

[](https (Englisch)://www.cepds.com/u/cms/www/202112/031412127pyd.pdf)[](https (Englisch)://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)

Zu den wichtigsten Empfehlungen gehören:

• Schlankheitsverhältnisgrenzen: Mantain λ < 120 für Hauptmitglieder, um das globale Knicken zu verhindern.
• Exzentrizitätsbeachtung: Verwenden Sie modifizierte Designformeln, um die exzentrische Belastung bei verschraubten Verbindungen zu berücksichtigen.
• Abschnitt Kompaktheit: Stellen Sie sicher.
• Materialauswahl: Verwenden Sie Q420 oder Q460 für UHV-Türme, um höhere Kapazitäten mit reduzierten Querschnitten zu erreichen.

Eine Studie zu typischen Turmkomponenten empfahl eine überarbeitete Formel für die Slenderness-Verhältnis für parallele Achsenmitglieder, um die Kapazitätsvorhersagen zu verbessern, insbesondere für hohe Schlankheitsverhältnisse.

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6. Jüngste Innovationen und Anwendungen

Neuere Forschungen haben innovative Ansätze untersucht, um die Druckkapazität von Einzelwinkelstahl zu verbessern. Beispielsweise, Eine Studie zum Q420 Large-Abschnitt-Winkelstahl für UHV-Türme untersuchte Knickmodi und Mechanismen, Vorschläge optimierte Querschnittsdesigns vorschlagen, um das lokale Knicken zu verzögern. Eine andere Studie untersuchte die Verwendung von Verwitterungstahl für Getriebetürme, Dies bietet eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit und möglicherweise höhere langfristige Kapazität in harten Umgebungen.

[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?Typ = Ansicht&ID = 202405011)[](https (Englisch)://www.corrdata.org.cn/dhtjdaohang/fhjs/jishuyingyong/2019-07-18/174610.html)

Die Anwendung von kaltgeformten Verwitterungsstahl in Turmstests im wahren Typ zeigte vergleichbare Druckkapazitäten mit heißem Roller Q345-Stahl, mit zusätzlichen Vorteilen der Haltbarkeit. Zusätzlich, Untersuchungen zur Verstärkung des parallelen Kanals für Angle -Mitglieder zeigten a 30% Erhöhung der Kompressionskapazität, Anbieten einer Nachrüstlösung für den Alterungstürme.

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7. Diskussion und zukünftige Anweisungen

Die Forschung zur endgültigen Druckkapazität von Einwinkelstahl hat erhebliche Fortschritte gemacht, insbesondere im Kontext von UHV -Übertragungstürmen. True-Typ-Tests und FEA haben die Designansätze validiert, Während hochfeste Stähle wie Q420 und Q460 leichtere und effizientere Turmkonstruktionen ermöglicht haben. jedoch, Herausforderungen bleiben, einschließlich der Komplexität der Modellierung der exzentrischen Belastung, Die Kosten für hochfeste Materialien, und die Auswirkungen der Korrosion auf die langfristige Kapazität.

Zukünftige Forschung sollte sich auf die Konzentration konzentrieren:

• Entwicklung kostengünstiger hoher Stähle mit verbesserter Korrosionsbeständigkeit.
• FEA-Modelle vorantreiben, um das Biegertorsions-Knicken unter komplexer Belastung besser vorherzusagen.
• Erkundung von Hybridkonfigurationen, wie Winkelstahl mit Verbundverstärkungen, Kapazität verbessern.
• Integration digitaler Zwillinge und maschinelles Lernen zur Vorhersage von Knickverhalten und Optimierung von Designs.

Zusätzlich, Harmonisierung internationaler und chinesischer Designstandards könnte die globale Einführung fortschrittlicher Angle -Stahlkonstruktionen erleichtern, Verbesserung der Sicherheit und Effizienz von Übertragungstürmen weltweit.

Verweise

1. Verwitterungstahlturmforschung und Anwendung: Korrosionsverhalten in verschiedenen atmosphärischen Umgebungen. www.corrdata.org.cn

[](https (Englisch)://www.corrdata.org.cn/dhtjdaohang/fhjs/jishuyingyong/2019-07-18/174610.html)

2. True-Typ-Testanalyse des ZBC30105BL-Turms für Tin-Meng-Shandong 1000 KV UHV -Übertragungslinie. html.rhhz.net

[](https (Englisch)://html.rhhz.net/nmgdljs/20150509.htm)

3. Studie zur tragenden Kapazität von Winkelstahl mit paralleler Kanalverstärkung. www.energychina.press

[](https (Englisch)://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.016?ViewType = html)

4. Experimentelle Untersuchung der typischen Kapomponenten-Tragfähigkeit. www.cepc.com.cn

[](https (Englisch)://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)

5. Experimentelle und theoretische Analyse der Winkelstahlverstärkung in Getriebetürmen. jace.chd.edu.cn

[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?Typ = Ansicht&ID = 202405011)

6. Teststudie zum wahren Typ an Verwitterung kaltgeformten Stahlgetriebetürmen. www.lwinst.com

[](https (Englisch)://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?Index = cgk_journal&Typ = Leistung&id = cjfdlast2016_gyjz201608001)

7. GB/T 700-2006: Carbon Baustähle. Chinesischer nationaler Standard.

8. GB/T 1591-2018: Hohe Festigkeit niedrig legierte Baustähle. Chinesischer nationaler Standard.

9. DL/T 5154-2002: Technischer Code für die Gestaltung von Turmstrukturen von Overhead -Übertragungsleitungen. Chinesischer Industriestandard.

10. DL/T 5219-2023: Technischer Code für die Grundlage von Overhead -Übertragungsleitungen. Chinesischer Industriestandard.

[](https (Englisch)://www.cepds.com/u/cms/www/202112/031412127pyd.pdf)