Abstrait

Les membres en acier à angle unique sont des composants fondamentaux dans les tours de transmission de puissance, portant des charges de compression importantes en raison des exigences structurelles des lignes de transmission à haute tension et ultra-haute tension. La capacité ultime de charge compressive de ces membres est essentielle pour assurer la stabilité et la sécurité de la tour dans diverses conditions de chargement, y compris le vent, la glace, et forces sismiques. Cet article fournit une analyse complète de la recherche sur la capacité de compression ultime de l'acier à angle unique, Se concentrer sur les propriétés des matériaux, comportement de flambement, et études expérimentales et numériques. À travers des tables comparatives, Nous évaluons les performances de différentes grades d'acier, Configurations transversales, et paramètres de conception, comme le ratio mince et l'excentricité. Études récentes, y compris les tests de tour de type véritable et les analyses d'éléments finis, sont examinés pour mettre en évidence les progrès de la compréhension des modes de flambement et des mécanismes de défaillance. L'analyse vise à guider les ingénieurs et les chercheurs dans l'optimisation de la conception des membres d'angle en acier pour une capacité de chargement améliorée et une efficacité structurelle dans les tours de transmission.

1. introduction

Les tours de transmission d'alimentation sont des composants d'infrastructure critiques qui prennent en charge les lignes à haute tension et ultra-haute tension, permettant le transfert efficace d'électricité sur de vastes distances. Membres d'acier à angle unique, généralement en forme de L en coupe transversale, sont largement utilisés dans ces tours en raison de leur rapport résistance / poids élevé, facilité de fabrication, et polyvalence dans les configurations structurelles. toutefois, Ces membres sont principalement soumis à des charges de compression, faire de leur capacité ultime de chargement une considération de conception clé. Modes de défaillance tels que le flambement local, flambage mondial, et le rendement du matériau peut réduire considérablement la capacité de l'angle en acier, Posant des risques pour la stabilité de la tour.

La demande croissante de tours plus hautes et plus lourdes, entraîné par une ultra-tension (Uhv) des systèmes comme le 1000 Ligne KV Tin-Meng-Shadong, a nécessité des recherches avancées sur le comportement de compression de l'acier angle. Études récentes, comme les tests de tour de type véritable et les simulations numériques, se sont concentrés sur l'optimisation de la sélection des matériaux, conception transversale, et les détails de la connexion pour améliorer la capacité de chargement. Cet article synthétise ces résultats, fournissant une analyse détaillée des facteurs influençant la capacité de compression ultime de l'acier à angle unique, y compris les propriétés des matériaux, finesse, et conditions aux limites. Des tables comparatives et des analyses de paramètres sont présentées pour offrir un cadre robuste pour comprendre la recherche actuelle et guider les développements futurs.

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2. Propriétés des matériaux et paramètres de conception

La capacité de compression de l'acier à angle unique dépend de ses propriétés de matériau et de ses caractéristiques géométriques. Les grades en acier communs utilisés dans les tours de transmission incluent Q235, Q345, et Q420, avec des grades de force plus forte comme le Q460 et des aciers avancés à haute résistance (Ahss) gagner du terrain pour les applications UHV. Ces matériaux sont sélectionnés en fonction de leur limite d'élasticité, résistance à la traction, ductilité, et la soudabilité.

2.1 Propriétés des matériaux clés

Les propriétés des matériaux primaires affectant la capacité de compression comprennent:

• rendement Force (f_y): Le stress où commence la déformation plastique, critique pour résister au flambement et au rendement.
• Résistance à la traction (f_u): La contrainte maximale avant la fracture, indiquant la capacité ultime du matériau.
• Module de Young (E): La rigidité du matériau, influencer le comportement de flambement élastique.
• Ductilité: La capacité de se déformer plastiquement, essentiel pour absorber l'énergie sous des charges dynamiques.

2.2 Les paramètres de conception

Les paramètres de conception clés incluent:

• Rapport d'élancement (λ = l / r): Le rapport de la longueur effective (L) au rayon de giration (r), régissant le flambement mondial.
• Zone transversale (UNE): Détermine la capacité de charge axiale.
• Excentricité (e): Chargement hors centre en raison des détails de la connexion, induire des moments de flexion supplémentaires.
• Conditions aux limites: Fixé, épinglé, ou les extrémités partiellement restreintes affectent les modes de flambement.

2.3 Comparaison des notes d'acier

Table 1 Compare les propriétés mécaniques des grades en acier commun utilisés en acier à angle unique pour les tours de transmission.

Source: Adapté de GB / T 700-2006 et gb / t 1591-2018 normes

3. MODES DE COMPORTEMENT ET DE FAIPLE

La capacité de compression ultime de l'acier à angle unique est principalement limitée par le flambement, qui peut se produire dans local, mondial, ou modes de torsion en flexion. Le mode de flambement dépend du rapport élance, géométrie transversale, et conditions de chargement.

3.1 Flambage local

Le flambement local se produit dans les brides ou la toile de la section d'angle lorsque le rapport largeur / épaisseur (b / t) est élevé. Ce mode est répandu dans des sections à parois minces et peut réduire considérablement la capacité. Études sur l'acier à angle grand section Q420 (par exemple,, L200x20) ont montré que le flambement local lance aux contraintes en dessous de la limite d'élasticité, nécessitant des conceptions de section compacte.

[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?type = vue&id = 202405011)

3.2 Flambage mondial

Flambage mondial, Ou le flambement d'Euler, se produit chez les membres minces avec des ratios élancés élevés (l > 80). La charge de flambement critique (P_cr) est donné par:

P_cr = π²i / (Kl)²

où E est le module de Young, Je suis le moment de l'inertie, K est le facteur de longueur effectif, et l est la longueur du membre. Pour acier à angle unique, L'axe faible (Typiquement l'axe Z-Z) gouverne le flambement mondial en raison de la section asymétrique.

3.3 Flambement de la flexion

Le flambement en torsion en flexion est courant en acier à angle unique en raison de la charge excentrique aux connexions boulonnées, qui induit une flexion et une torsion combinées. Une étude sur l'acier à angle Q345 (L125x10) démontré que l'excentricité augmente le risque de ce mode, réduire la capacité jusqu'à 20% par rapport au chargement concentrique.

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3.4 Comparaison des capacités de flambement

Table 2 Compare les capacités de compression ultimes des éléments en acier à angle unique avec différentes sections et notes en acier, basé sur des données expérimentales et numériques.

Source: Compilé à partir d'études expérimentales et d'analyses d'éléments finis

[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?type = vue&id = 202405011)

4. Études expérimentales et numériques

Des recherches récentes ont utilisé des tests expérimentaux et des simulations numériques pour étudier la capacité de compression de l'acier à angle unique dans les tours de transmission. Ces études fournissent des informations précieuses sur les comportements de flambement, Répartition de la charge, et optimisation de conception.

4.1 Tests de la tour de type véritable

Les tests de tour de type véritable impliquent des modèles de tour à grande échelle ou à l'échelle soumis à des charges de conception pour valider les calculs théoriques. Un exemple notable est le test de type véritable de la tour ZBC30105BL pour le tin-ming-shandong 1000 Ligne KV UHV. La tour, Construit avec du Q345B en acier à angle simple et double, a été testé dans diverses conditions de charge, y compris le vent (30 Mme) et glace (10 mm). Les résultats ont montré que les capacités de compression mesurées des membres d'angle unique (par exemple,, L160x12) étaient à l'intérieur 5% des valeurs théoriques, Confirmer la fiabilité des normes de conception comme DL / T 5154-2002.

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4.2 Analyse des éléments finis

Analyse par éléments finis (FEA) L'utilisation d'un logiciel comme ANSYS et ABAQUS a été largement utilisée pour modéliser le comportement de flambement de l'acier d'angle. Une étude sur l'acier à angle Q420 (L200x16) Sous compression excentrique a montré que la FEA prédisait avec précision l'initiation locale de flambement et la capacité ultime, avec des erreurs inférieures à 10% par rapport aux résultats expérimentaux. L'étude a également recommandé une formule de rapport éllenge modifié pour les membres de l'axe parallèle pour tenir compte des effets de connexion.

[](https://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?type = vue&id = 202405011)

4.3 Comparaison des résultats expérimentaux et numériques

Table 3 Compare les capacités de compression ultimes des tests expérimentaux et FEA pour les membres d'angle sélectionnés.

Source: Compilé à partir de tests de type véritable et d'études FEA

[](https://html.rhz.net/nmgdljs/20150509.htm)[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?type = vue&id = 202405011)

5. Normes et recommandations de conception

Normes de conception chinoise, comme dl / t 5154-2002 et dl / t 5219-2023, Fournir des directives pour calculer la capacité de compression de l'acier d'angle dans les tours de transmission. Ces normes expliquent les modes de flambement, excentricité, et les détails de connexion.

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

Les recommandations clés incluent:

• Limites de ratio élance: Mantain λ < 120 Pour que les membres principaux empêchent le flambement mondial.
• Considération excentricité: Utilisez des formules de conception modifiées pour tenir compte du chargement excentrique aux connexions boulonnées.
• Compacité de section: Assurez-vous que les rapports B / T répondent aux critères de section compacte pour minimiser le flambement local.
• Sélection des matériaux: Utilisez Q420 ou Q460 pour les tours UHV pour obtenir des capacités plus élevées avec des coupes transversales réduites.

Une étude sur les composants de la tour typique a recommandé une formule de rapport éllenge révisée pour les membres de l'axe parallèle pour améliorer les prévisions de capacité, en particulier pour les ratios de relance élevés.

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

6. Innovations et applications récentes

Des recherches récentes ont exploré des approches innovantes pour améliorer la capacité de compression de l'acier à angle unique. Par exemple, Une étude sur l'acier à angle grand Q420 pour les tours UHV a étudié les modes et mécanismes de flambement, Proposer des conceptions transversales optimisées pour retarder le flambement local. Une autre étude a examiné l'utilisation de l'acier d'altération pour les tours de transmission, qui offre une meilleure résistance à la corrosion et une capacité à long terme potentiellement plus élevée dans des environnements difficiles.

[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?type = vue&id = 202405011)[](https://www.corrdata.org.cn/dhtjdaohang/fhjs/jishuiingyong/2019-07-18/174610.html)

L'application de l'acier d'altération à froid dans des tests de tour de type véritable a démontré des capacités de compression comparables à l'acier Q345 à chaud, avec des avantages de durabilité supplémentaires. En plus, Des recherches sur le renforcement en acier parallèle pour les membres de l'angle ont montré un 30% augmentation de la capacité de compression, Offrir une solution de rénovation pour le vieillissement des tours.

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?Index = cgk_journal&type = réalisation&id = cjfdlast2016_gyjz201608001)[](https://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.016?ViewType = HTML)

7. Discussion et orientations futures

La recherche sur la capacité de compression ultime de l'acier à angle unique a fait des progrès importants, en particulier dans le contexte des tours de transmission UHV. Les tests de type véritable et FEA ont des approches de conception validées, tandis que les aciers à haute résistance comme le Q420 et le Q460 ont permis des conceptions de tour plus légères et plus efficaces. toutefois, Des défis restent, y compris la complexité de la modélisation du chargement excentrique, le coût des matériaux à haute résistance, et l'impact de la corrosion sur la capacité à long terme.

Les recherches futures devraient se concentrer sur:

• Développer des aciers à haute résistance rentables avec une résistance à la corrosion améliorée.
• Faire avancer les modèles FEA pour mieux prédire le flambement en torsion en flexion sous un chargement complexe.
• Exploration des configurations hybrides, comme l'acier d'angle avec des renforts composites, pour améliorer la capacité.
• Intégrer les jumeaux numériques et l'apprentissage automatique pour prédire le comportement de flambement et optimiser les conceptions.

En plus, L'harmonisation des normes de conception internationale et chinoise pourrait faciliter l'adoption mondiale des conceptions avancées en acier à angle, Amélioration de la sécurité et de l'efficacité des tours de transmission dans le monde.

Les références

1. Recherche et application de la tour de la tour en acier de l'atteinte: Comportement de corrosion dans différents environnements atmosphériques. www.corrdata.org.cn

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

2. Analyse de test de type véritable de la tour ZBC30105BL pour Tin-Meng-Shandong 1000 Ligne de transmission KV UHV. html.rhz.net

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

3. Étude sur la capacité de charge de l'acier d'angle avec un armature de canal parallèle. www.energychina.press

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

4. Étude expérimentale sur la capacité de chargement des composants de tour typique. www.cepc.com.cn

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

5. Analyse expérimentale et théorique du renforcement d'angle en acier dans les tours de transmission. Jace.chd.edu.cn

[](http://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?type = vue&id = 202405011)

6. Étude de test de type véritable sur les tours de transmission en acier formé à froid. www.lwinst.com

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7. Go / T 700-2006: aciers au carbone. Norme nationale chinoise.

8. Go / T 1591-2018: Haute résistance des aciers de construction faiblement alliés. Norme nationale chinoise.

9. DL/T 5154-2002: Code technique pour la conception des structures de tour des lignes de transmission aérienne. Norme de l'industrie chinoise.

10. DL/T 5219-2023: Code technique pour la conception de fondation des lignes de transmission aérienne. Norme de l'industrie chinoise.

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