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I membri in acciaio a angolo singolo sono componenti fondamentali nelle torri di trasmissione di potenza, Cuscinetto carichi di compressione significativi a causa delle esigenze strutturali delle linee di trasmissione ad alta tensione e ad altissima tensione. La massima capacità di portamento del carico di compressione di questi membri è fondamentale per garantire la stabilità e la sicurezza della torre in varie condizioni di carico, compreso il vento, Ghiaccio, e forze sismiche. Questo articolo fornisce un'analisi completa della ricerca sulla capacità di compressione finale dell'acciaio a un angolo singolo, Concentrarsi sulle proprietà dei materiali, comportamento di instabilità, e studi sperimentali e numerici. Attraverso tabelle comparative, Valutiamo le prestazioni di diversi voti in acciaio, configurazioni trasversali, e parametri di progettazione, come il rapporto snello e l'eccentricità. Studi recenti, compresi i test della torre di tipo vero e le analisi degli elementi finiti, sono rivisti per evidenziare i progressi nella comprensione delle modalità di instabilità e dei meccanismi di fallimento. L'analisi mira a guidare gli ingegneri e i ricercatori nell'ottimizzazione della progettazione di membri in acciaio angolare per una maggiore capacità di portamento del carico ed efficienza strutturale nelle torri di trasmissione.

1. introduzione

Le torri di trasmissione di potenza sono componenti di infrastruttura fondamentali che supportano linee ad alta tensione e ultra-ad alta tensione, Abilitare il trasferimento efficiente di elettricità attraverso vaste distanze. Membri in acciaio singolo, tipicamente a forma di L in sezione trasversale, sono ampiamente utilizzati in queste torri a causa del loro elevato rapporto resistenza, Facilità di fabbricazione, e versatilità nelle configurazioni strutturali. però, Questi membri sono principalmente soggetti a carichi di compressione, rendere la loro massima capacità di carico una considerazione di progettazione chiave. Modalità di guasto come la deformazione locale, instabilità globale, e il cedimento del materiale può ridurre significativamente la capacità di acciaio angolare, posa rischi per la stabilità della torre.

La crescente domanda di torri più alte e pesanti, Spinto da una tensione ultra-alta (Uhv) sistemi come il 1000 Linea KV Tin-Meng-Shadong, ha richiesto una ricerca avanzata sul comportamento di compressione dell'acciaio angolare. Studi recenti, come test della torre di tipo vero e simulazioni numeriche, si sono concentrati sull'ottimizzazione della selezione dei materiali, design trasversale, e dettagli di connessione per migliorare la capacità di portamento del carico. Questo articolo sintetizza questi risultati, Fornire un'analisi dettagliata dei fattori che influenzano la massima capacità di compressione dell'acciaio a un angolo singolo, comprese le proprietà del materiale, snellezza, e condizioni al contorno. Vengono presentate tabelle comparative e analisi dei parametri per offrire un quadro robusto per comprendere la ricerca attuale e guidare gli sviluppi futuri.

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2. Proprietà del materiale e parametri di progettazione

La capacità di compressione dell'acciaio a singolo angolo dipende dalle sue proprietà del materiale e dalle caratteristiche geometriche. I gradi di acciaio comuni utilizzati nelle torri di trasmissione includono Q235, Q345, e Q420, con gradi di resistenza più elevata come Q460 e acciai ad alta resistenza avanzati (AHSS) guadagnare trazione per applicazioni UHV. Questi materiali sono selezionati in base alla loro resistenza alla snervamento, resistenza alla trazione, duttilità, e saldabilità.

2.1 Proprietà del materiale chiave

Le proprietà del materiale primario che influenzano la capacità di compressione includono:

• carico di snervamento (f_y): Lo stress a cui inizia la deformazione plastica, critico per resistere alla deformazione e al cedimento.
• Resistenza alla trazione (f_u): La massima sollecitazione prima della frattura, indicando la massima capacità del materiale.
• Il modulo di Young (E): La rigidità del materiale, influenzare il comportamento di deformazione elastica.
• Duttilità: La capacità di deformare in modo plastico, essenziale per assorbire l'energia sotto carichi dinamici.

2.2 Parametri di progettazione

I parametri di progettazione chiave includono:

• Rapporto di snellezza (λ = l/r): Il rapporto di lunghezza effettiva (L) al raggio di rotazione (R), governare l'instabilità globale.
• Area trasversale (UN): Determina la capacità di carico assiale.
• Eccentricità (e): Caricamento fuori centraggio a causa di dettagli di connessione, indurre ulteriori momenti di flessione.
• Condizioni al contorno: Fisso, appuntato, o le estremità parzialmente trattenute influenzano le modalità di instabilità.

2.3 Confronto dei voti in acciaio

tavolo 1 Confronta le proprietà meccaniche dei gradi di acciaio comuni utilizzati in acciaio a singolo angolo per le torri di trasmissione.

Fonte: Adattato da GB/T. 700-2006 e gb/t 1591-2018 norme

3. Modo di comportamento e fallimento.

La capacità di compressione finale dell'acciaio a un angolo singolo è principalmente limitata mediante la piega, che può verificarsi in locale, globale, o modalità di flessione-torsionale. La modalità di instabilità dipende dal rapporto snello, geometria trasversale, e condizioni di carico.

3.1 Instabilità locale

La deformazione locale si verifica nelle flange o nella rete della sezione angolare quando il rapporto larghezza / spessore (b/t) è alto. Questa modalità è prevalente in sezioni a parete sottile e può ridurre significativamente la capacità. Studi sull'acciaio angolare a sezione Q420 (es, L200X20) hanno dimostrato che la deformazione locale inizia a sollecitazioni al di sotto della resistenza alla snervamento, richiedere progetti di sezione compatta.

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

3.2 Instabilità globale

Instabilità globale, o piega euler, si verifica in membri sottili con elevati rapporti sottili (l > 80). Il carico di instabilità critico (P_cr) è dato da:

P_cr = π²i / (Kl)²

dove e è il modulo di Young, Io è il momento dell'inerzia, K è il fattore di lunghezza effettiva, e L è la lunghezza del membro. Per acciaio a angolo singolo, l'asse debole (in genere l'asse z-z) governa la deformazione globale a causa della sezione asimmetrica.

3.3 Instabilità di flessione-torsionale

La deformazione di flessione-torsionale è comune in acciaio a un angolo singolo a causa del carico eccentrico su collegamenti bullonati, che induce flessione e torsione combinate. Uno studio sull'acciaio angolare Q345 (L125x10) ha dimostrato che l'eccentricità aumenta il rischio di questa modalità, ridurre la capacità di fino a 20% Rispetto al carico concentrico.

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

3.4 Confronto delle capacità di deformazione

tavolo 2 Confronta le capacità di compressione definitive dei membri in acciaio a un angolo singolo con diverse sezioni e gradi in acciaio, Basato su dati sperimentali e numerici.

Fonte: Compilato da studi sperimentali e analisi degli elementi finiti

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

4. Studi sperimentali e numerici

Ricerche recenti hanno impiegato test sperimentali e simulazioni numeriche per studiare la capacità di compressione dell'acciaio a un angolo singolo nelle torri di trasmissione. Questi studi forniscono preziose informazioni sul comportamento di instabilità, distribuzione del carico, e ottimizzazione del design.

4.1 Test della torre di tipo vero

I test della torre di tipo vero coinvolgono modelli torre su larga scala o in scala sottoposti a carichi di progettazione per convalidare i calcoli teorici. Un esempio notevole è il test di tipo vero della torre ZBC30105BL per la Tin-Meng-Shandong 1000 Linea UHV KV. a volte denominate "torri di antenne autoportanti" o "torri di comunicazione wireless" sono il tipo di struttura più popolare e versatile utilizzato oggi in, Costruito con l'acciaio angolare singolo e doppio Q345b, è stato testato in varie condizioni di carico, compreso il vento (30 Signorina) e ghiaccio (10 mm). I risultati hanno mostrato che le capacità di compressione misurate dei membri a un angolo singolo (es, L160x12) erano dentro 5% di valori teorici, Confermare l'affidabilità degli standard di progettazione come DL/T 5154-2002.

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4.2 Analisi degli elementi finiti

Analisi degli elementi finiti (FEA) L'uso di software come Ansys e Abaqus è stato ampiamente utilizzato per modellare il comportamento di instabilità dell'acciaio angolare. Uno studio sull'acciaio angolare Q420 (L200X16) In una compressione eccentrica ha mostrato che FEA prevedeva accuratamente l'iniziazione di deformazione locale e la massima capacità, con errori inferiori a 10% Rispetto ai risultati sperimentali. Lo studio ha inoltre raccomandato una formula del rapporto snello modificato per i membri dell'asse parallelo per tenere conto degli effetti di connessione.

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

4.3 Confronto di risultati sperimentali e numerici

tavolo 3 confronta le capacità di compressione definitive da test sperimentali e FEA per i membri selezionati in acciaio ad angolo.

Fonte: Compilato da test di tipo vero e studi FEA

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

5. Standard e raccomandazioni di progettazione

Standard di design cinese, come dl/t 5154-2002 e dl/t 5219-2023, Fornire linee guida per il calcolo della capacità di compressione dell'acciaio angolare nelle torri di trasmissione. Questi standard rappresentano le modalità di instabilità, eccentricità, e dettagli di connessione.

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

Le raccomandazioni chiave includono:

• Limiti del rapporto snello: Mantain λ < 120 per i membri principali per prevenire la deformazione globale.
• Considerazione dell'eccentricità: Utilizzare formule di progettazione modificate per tenere conto del caricamento eccentrico su connessioni bullonate.
• Compattezza della sezione: Assicurarsi che i rapporti B/T soddisfino i criteri di sezione compatti per ridurre al minimo la deformazione locale.
• Selezione dei materiali: Utilizzare Q420 o Q460 per le torri UHV per ottenere capacità più elevate con sezioni trasversali ridotte.

Uno studio sui componenti tipici della torre ha raccomandato una formula del rapporto di snellezza rivista per i membri dell'asse parallelo per migliorare le previsioni della capacità, Soprattutto per i rapporti elevati di snellezza.

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6. Recenti innovazioni e applicazioni

Ricerche recenti hanno esplorato approcci innovativi per migliorare la capacità di compressione dell'acciaio a un angolo singolo. Per esempio, Uno studio sulla Q420 Acciaio ad angolo di grande sezione per le torri UHV ha studiato le modalità di instabilità e i meccanismi, proporre progetti trasversali ottimizzati per ritardare la deformazione locale. Un altro studio ha esaminato l'uso dell'acciaio per gli agenti atmosferici per le torri di trasmissione, che offre una migliore resistenza alla corrosione e una capacità a lungo termine potenzialmente più elevata in ambienti difficili.

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

L'applicazione di acciaio agricolo a freddo nei test della torre di tipo vero ha dimostrato capacità di compressione comparabili all'acciaio Q345 a caldo, con ulteriori vantaggi di durabilità. Inoltre, La ricerca sul rinforzo in acciaio parallelo per i membri dell'angolo ha mostrato un 30% Aumento della capacità di compressione, Offrire una soluzione di retrofit per le torri di invecchiamento.

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?Indice = cgk_journal&Type = Achievement&ID = CJFDLAST2016_GYJZ201608001)[](https://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gede.issn2095-8676.2023.02.016?ViewType = html)

7. Discussione e direzioni future

La ricerca sulla capacità di compressione finale dell'acciaio a angolo singolo ha fatto passi da gigante significativi, in particolare nel contesto delle torri di trasmissione UHV. Test di tipo vero e FEA hanno convalidato gli approcci di progettazione, mentre gli acciai ad alta resistenza come Q420 e Q460 hanno abilitato disegni a torre più leggeri ed efficienti. però, Rimangono le sfide, compresa la complessità della modellazione del carico eccentrico, il costo dei materiali ad alta resistenza, e l'impatto della corrosione sulla capacità a lungo termine.

La ricerca futura dovrebbe concentrarsi:

• Sviluppare acciai ad alta resistenza economici con una migliore resistenza alla corrosione.
• Avanzando i modelli FEA per prevedere meglio la deformazione di flessione-torsionale sotto un carico complesso.
• Esplorare le configurazioni ibride, come acciaio angolare con rinforzi compositi, per migliorare la capacità.
• Integrazione di gemelli digitali e apprendimento automatico per prevedere il comportamento di instabilità e ottimizzare i design.

Inoltre, Gli standard di progettazione internazionale e cinese potrebbero facilitare l'adozione globale di progetti di acciaio ad angolo avanzato, Migliorare la sicurezza e l'efficienza delle torri di trasmissione in tutto il mondo.

Riferimenti

1. Ricerca e applicazione della torre d'acciaio per gli agenti atmosferici: Comportamento della corrosione in diversi ambienti atmosferici. www.corrdata.org.cn

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

2. Analisi del test di tipo vero della torre ZBC30105BL per Tin-Meng-Shandong 1000 Linea di trasmissione KV UHV. html.rhhz.net

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

3. Studio sulla capacità portante del carico di acciaio angolare con rinforzo del canale parallelo. www.energychina.press

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

4. Studio sperimentale sulla tipica capacità di carico dei componenti della torre. www.cepc.com.cn

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

5. Analisi sperimentale e teorica del rinforzo in acciaio angolare nelle torri di trasmissione. jace.chd.edu.cn

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

6. Studio di test di tipo vero sugli agenti atmosferici di trasmissione in acciaio a freddo. www.lwinst.com

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?Indice = cgk_journal&Type = Achievement&ID = CJFDLAST2016_GYJZ201608001)

7. GB/T 700-2006: Acciai strutturali carbonio. Standard nazionale cinese.

8. GB/T 1591-2018: acciai strutturali bassolegati ad alta resistenza. Standard nazionale cinese.

9. DL/T 5154-2002: Codice tecnico per la progettazione di strutture a torre delle linee di trasmissione aerea. Standard industriale cinese.

10. DL/T 5219-2023: Codice tecnico per la progettazione della fondazione delle linee di trasmissione aerea. Standard industriale cinese.

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