abstrak

Ahli Keluli Sudut Tunggal adalah komponen asas dalam menara penghantaran kuasa, mempunyai beban mampatan yang signifikan disebabkan oleh tuntutan struktur voltan tinggi dan talian penghantaran voltan tinggi. Kapasiti mampatan mampatan mampatan ahli-ahli ini sangat penting untuk memastikan kestabilan dan keselamatan menara di bawah pelbagai keadaan pemuatan, termasuk angin, ais, dan daya seismik. Artikel ini memberikan analisis komprehensif mengenai penyelidikan mengenai kapasiti mampatan muktamad keluli sudut tunggal, memberi tumpuan kepada sifat bahan, tingkah laku buckling, dan kajian eksperimen dan berangka. Melalui jadual perbandingan, Kami menilai prestasi gred keluli yang berbeza, Konfigurasi keratan rentas, dan parameter reka bentuk, seperti nisbah slenderness dan eksentrik. Kajian terkini, termasuk ujian menara jenis benar dan analisis unsur terhingga, dikaji semula untuk menyerlahkan kemajuan dalam memahami mod buckling dan mekanisme kegagalan. Analisis ini bertujuan untuk membimbing jurutera dan penyelidik dalam mengoptimumkan reka bentuk anggota keluli sudut untuk peningkatan kapasiti beban dan kecekapan struktur dalam menara penghantaran.

1. pengenalan

Menara Transmisi Kuasa adalah komponen infrastruktur kritikal yang menyokong garis voltan tinggi dan ultra tinggi, membolehkan pemindahan elektrik yang cekap merentasi jarak yang jauh. Ahli keluli sudut tunggal, biasanya berbentuk L di keratan rentas, digunakan secara meluas di menara ini kerana nisbah kekuatan dari berat badan mereka, kemudahan fabrikasi, dan fleksibiliti dalam konfigurasi struktur. Walau bagaimanapun, Ahli -ahli ini terutamanya tertakluk kepada beban mampatan, menjadikan kapasiti beban muktamad mereka sebagai pertimbangan reka bentuk utama. Mod kegagalan seperti buckling tempatan, Global Buckling, dan menghasilkan bahan dapat mengurangkan kapasiti keluli sudut, menimbulkan risiko ke kestabilan menara.

Permintaan yang semakin meningkat untuk menara yang lebih tinggi dan lebih berat, didorong oleh voltan ultra tinggi (Uhv) sistem seperti 1000 KV Tin-Meng-Shadong Line, telah memerlukan penyelidikan lanjutan ke dalam tingkah laku mampatan keluli sudut. Kajian terkini, seperti ujian menara jenis benar dan simulasi berangka, telah memberi tumpuan kepada mengoptimumkan pemilihan bahan, Reka bentuk keratan rentas, dan butiran sambungan untuk meningkatkan kapasiti galas beban. Artikel ini mensintesis penemuan ini, Memberi analisis terperinci mengenai faktor -faktor yang mempengaruhi kapasiti mampatan muktamad keluli sudut tunggal, termasuk sifat bahan, kelembapan, dan syarat sempadan. Jadual perbandingan dan analisis parameter dibentangkan untuk menawarkan rangka kerja yang mantap untuk memahami penyelidikan semasa dan membimbing perkembangan masa depan.

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

2. Sifat bahan dan parameter reka bentuk

Kapasiti mampatan keluli sudut tunggal bergantung pada sifat bahan dan ciri geometri. Gred keluli biasa yang digunakan dalam menara penghantaran termasuk Q235, Q345, dan Q420, dengan gred kekuatan tinggi seperti Q460 dan keluli kekuatan tinggi maju (AHSS) mendapat daya tarikan untuk aplikasi UHV. Bahan -bahan ini dipilih berdasarkan kekuatan hasilnya, kekuatan tegangan, Kemuluran, dan kebolehkalasan.

2.1 Sifat bahan utama

Sifat bahan utama yang mempengaruhi kapasiti mampatan termasuk:

• hasil kekuatan (f_y): Tekanan di mana ubah bentuk plastik bermula, kritikal untuk menentang buckling dan menghasilkan.
• Kekuatan Tegangan (f_u): Tekanan maksimum sebelum patah, Menunjukkan kapasiti muktamad bahan.
• Modulus Young (E): Kekakuan bahan, mempengaruhi tingkah laku elastik.
• Kemuluran: Keupayaan untuk mengubahsuai secara plastik, penting untuk menyerap tenaga di bawah beban dinamik.

2.2 Parameter Reka Bentuk

Parameter reka bentuk utama termasuk:

• Nisbah Kelangsingan (λ = l/r): Nisbah panjang berkesan (L) hingga jejari gyration (r), Mengandungi Global Buckling.
• Kawasan keratan rentas (A): Menentukan kapasiti beban paksi.
• Eksentrik (e): Memuatkan di luar pusat kerana butiran sambungan, mendorong momen lentur tambahan.
• Syarat sempadan: Tetap, disematkan, atau hujung yang dihalang sebahagiannya mempengaruhi mod buckling.

2.3 Perbandingan gred keluli

Jadual 1 Membandingkan sifat mekanikal gred keluli biasa yang digunakan dalam keluli sudut tunggal untuk menara penghantaran.

Sumber: Diadaptasi dari GB/T. 700-2006 dan GB/T. 1591-2018 piawaian

3. Tingkah laku dan mod kegagalan

Kapasiti mampatan utama keluli sudut tunggal terutamanya terhad oleh buckling, yang boleh berlaku di tempatan, Global, atau mod-torsional flexural. Mod buckling bergantung pada nisbah slenderness, Geometri keratan rentas, dan keadaan pemuatan.

3.1 Tempahan tempatan

Buckling tempatan berlaku di bebibir atau web bahagian sudut apabila nisbah lebar-ke-ketebalan (b/t) tinggi. Mod ini lazim di bahagian berdinding nipis dan dapat mengurangkan kapasiti dengan ketara. Kajian mengenai keluli sudut bahagian besar Q420 (cth, L200X20) telah menunjukkan bahawa tuckling tempatan memulakan tekanan di bawah kekuatan hasil, memerlukan reka bentuk seksyen padat.

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

3.2 Global Buckling

Global Buckling, atau Euler Buckling, berlaku pada anggota langsing dengan nisbah kelembapan yang tinggi (L. > 80). Beban Buckling Kritikal (P_cr) diberikan oleh:

P_cr = π²i / (KL)²

Di mana E adalah modulus Young, Saya adalah saat inersia, K adalah faktor panjang yang berkesan, dan saya adalah panjang ahli. Untuk keluli sudut tunggal, paksi lemah (biasanya paksi z-z) Mengatur Global Buckling kerana keratan rentas asimetrik.

3.3 Buckling flexural-torsional

Buckling flexural-torsional adalah perkara biasa dalam keluli sudut tunggal kerana beban eksentrik pada sambungan lantang, yang mendorong gabungan lenturan dan kilasan. Kajian mengenai keluli sudut Q345 (L125X10) menunjukkan bahawa sifat eksentrik meningkatkan risiko mod ini, mengurangkan kapasiti sehingga sehingga 20% berbanding pemuatan sepusat.

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

3.4 Perbandingan kapasiti buckling

Jadual 2 membandingkan kapasiti mampatan muktamad anggota keluli sudut tunggal dengan keratan rentas dan gred keluli yang berbeza, berdasarkan data eksperimen dan berangka.

Sumber: Disusun dari kajian eksperimen dan analisis unsur terhingga

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

4. Kajian eksperimen dan berangka

Penyelidikan baru -baru ini telah menggunakan ujian eksperimen dan simulasi berangka untuk menyiasat keupayaan mampatan keluli sudut tunggal di menara penghantaran. Kajian -kajian ini memberikan pandangan yang berharga dalam tingkah laku buckling, pengagihan beban, dan pengoptimuman reka bentuk.

4.1 Ujian Menara Jenis Benar

Ujian menara jenis benar melibatkan model menara berskala penuh atau berskala tertakluk kepada reka bentuk beban untuk mengesahkan pengiraan teori. Contoh yang ketara ialah ujian jenis sebenar menara ZBC30105BL untuk Tin-Meng-Shandong 1000 KV UHV LINE. Menara, Dibina dengan keluli sudut tunggal dan berganda Q345b, diuji di bawah pelbagai keadaan beban, termasuk angin (30 Cik) dan ais (10 mm). Hasilnya menunjukkan bahawa keupayaan mampatan yang diukur dari anggota sudut tunggal (cth, L160X12) berada dalam 5% nilai teoritis, mengesahkan kebolehpercayaan standard reka bentuk seperti dl/t 5154-2002.

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

4.2 Analisis Unsur Terhingga

Analisis unsur terhingga (FEA) Menggunakan perisian seperti ANSYS dan ABAQUS telah digunakan secara meluas untuk memodelkan tingkah laku keluli sudut. Kajian mengenai keluli sudut Q420 (L200X16) di bawah mampatan eksentrik menunjukkan bahawa FEA tepat meramalkan permulaan buckling tempatan dan kapasiti muktamad, dengan kesilapan kurang daripada 10% Berbanding dengan hasil eksperimen. Kajian ini juga mencadangkan formula nisbah slenderness yang diubah suai untuk ahli paksi selari untuk mengambil kira kesan sambungan.

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

4.3 Perbandingan hasil eksperimen dan berangka

Jadual 3 Membandingkan kapasiti mampatan muktamad dari ujian eksperimen dan FEA untuk ahli keluli sudut terpilih.

Sumber: Disusun dari ujian jenis dan kajian FEA

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

5. Standard reka bentuk dan cadangan

Piawaian reka bentuk Cina, seperti DL/T. 5154-2002 dan dl/t 5219-2023, Sediakan garis panduan untuk mengira kapasiti mampatan keluli sudut di menara penghantaran. Piawaian ini menyumbang kepada mod buckling, eksentrik, dan butiran sambungan.

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

Cadangan utama termasuk:

• Had nisbah slenderness: Mantain λ < 120 untuk ahli utama untuk mengelakkan pengguguran global.
• Pertimbangan eksentrik: Gunakan formula reka bentuk yang diubah suai untuk mengambil kira pemuatan eksentrik pada sambungan bolted.
• Seksyen Kompak: Pastikan nisbah b/t memenuhi kriteria seksyen padat untuk meminimumkan buckling tempatan.
• Pemilihan Bahan: Gunakan Q420 atau Q460 untuk menara UHV untuk mencapai kapasiti yang lebih tinggi dengan keratan rentas yang dikurangkan.

Satu kajian mengenai komponen menara biasa mencadangkan formula nisbah slenderness yang disemak semula untuk ahli paksi selari untuk meningkatkan ramalan kapasiti, terutamanya untuk nisbah kelembapan yang tinggi.

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

6. Inovasi dan aplikasi terkini

Penyelidikan baru -baru ini telah meneroka pendekatan yang inovatif untuk meningkatkan kapasiti mampatan keluli sudut tunggal. Sebagai contoh, Kajian mengenai keluli sudut bahagian besar Q420 untuk menara UHV menyiasat mod dan mekanisme buckling, mencadangkan reka bentuk keratan rentas yang dioptimumkan untuk melambatkan buckling tempatan. Satu lagi kajian mengkaji penggunaan keluli cuaca untuk menara penghantaran, yang menawarkan rintangan kakisan yang lebih baik dan kapasiti jangka panjang yang berpotensi lebih tinggi dalam persekitaran yang teruk.

[](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)

Aplikasi keluli cuaca yang terbentuk sejuk dalam ujian menara jenis benar menunjukkan kapasiti mampatan yang setanding dengan keluli Q345 yang dilancarkan panas, dengan faedah ketahanan tambahan. Selain itu, Penyelidikan mengenai tetulang keluli saluran selari untuk anggota sudut menunjukkan 30% peningkatan kapasiti mampatan, Menawarkan penyelesaian retrofit untuk menara penuaan.

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

7. Perbincangan dan arahan masa depan

Penyelidikan mengenai kapasiti mampatan muktamad keluli sudut tunggal telah membuat kemajuan yang ketara, terutamanya dalam konteks menara penghantaran UHV. Ujian Jenis Benar dan FEA mempunyai pendekatan reka bentuk yang disahkan, Walaupun keluli kekuatan tinggi seperti Q420 dan Q460 telah membolehkan reka bentuk menara yang lebih ringan dan lebih cekap. Walau bagaimanapun, cabaran kekal, termasuk kerumitan pemodelan pemuatan eksentrik, kos bahan kekuatan tinggi, dan kesan kakisan keupayaan jangka panjang.

Penyelidikan masa depan harus memberi tumpuan:

• Membangunkan keluli kekuatan tinggi kos efektif dengan rintangan kakisan yang lebih baik.
• Memajukan model FEA untuk lebih baik meramalkan buckling flexural-torsional di bawah pemuatan kompleks.
• Meneroka konfigurasi hibrid, seperti keluli sudut dengan bantuan komposit, untuk meningkatkan kapasiti.
• Mengintegrasikan kembar digital dan pembelajaran mesin untuk meramalkan tingkah laku buckling dan mengoptimumkan reka bentuk.

Selain itu, Menyelaraskan piawaian reka bentuk antarabangsa dan Cina dapat memudahkan penggunaan reka bentuk keluli sudut maju global, Meningkatkan keselamatan dan kecekapan menara penghantaran di seluruh dunia.

Rujukan

1. Penyelidikan dan Aplikasi Menara Keluli Cuaca: Tingkah laku kakisan dalam persekitaran atmosfera yang berbeza. www.corrdata.org.cn

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

2. Analisis Ujian Jenis Benar Menara ZBC30105BL untuk Tin-Meng-Shandong 1000 Talian penghantaran KV UHV. html.rhhz.net

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

3. Kajian keupayaan galas beban keluli sudut dengan tetulang saluran selari. www.energychina.press

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

4. Kajian Eksperimen mengenai Kapasiti Beban Beban Komponen Menara Khas. www.cepc.com.cn

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

5. Analisis eksperimen dan teoretikal tetulang keluli sudut di menara penghantaran. jace.chd.edu.cn

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

6. Kajian ujian jenis sebenar mengenai menara penghantaran keluli yang terbentuk dengan cuaca. www.lwinst.com

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?Indeks = cgk_journal&jenis = pencapaian&id = cjfdlast2016_gyjz201608001)

7. GB / T 700-2006: Karbon keluli struktur. Piawaian Kebangsaan Cina.

8. GB / T 1591-2018: kekuatan tinggi aloi rendah keluli struktur. Piawaian Kebangsaan Cina.

9. DL/T 5154-2002: Kod Teknikal untuk Reka Bentuk Struktur Menara Talian Penghantaran Overhead. Standard Industri Cina.

10. DL/T 5219-2023: Kod teknikal untuk reka bentuk asas talian penghantaran overhead. Standard Industri Cina.

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