Абстрактный

Одноусловные стальные элементы являются фундаментальными компонентами в башнях передачи питания, Управляя значительные сжатые нагрузки из-за структурных потребностей высоковольтных и сверхвысоких линий передачи. Конечная способность этих членов с компрессионной нагрузкой имеет решающее значение для обеспечения стабильности и безопасности башни в различных условиях нагрузки, включая ветер, лед, и сейсмические силы. В этой статье представлен всесторонний анализ исследования окончательной сжимающей пропускной способности одноуглавой стали, Сосредоточение внимания на свойствах материалов, изгиб поведение, и экспериментальные и численные исследования. Через сравнительные таблицы, Мы оцениваем производительность разных стальных сортов, Конфигурации поперечного сечения, и параметры проектирования, такие как соотношение тонкости и эксцентричность. Недавние исследования, Включая тесты башни истинного типа и анализ конечных элементов, рассмотрены, чтобы выделить достижения в понимании режимов изгибы и механизмов отказа. Анализ направлен на то, чтобы направлять инженеров и исследователей в оптимизации конструкции угловых стали для повышения нагрузки и эффективности конструкции в трансмиссионных башнях.

1. Вступление

Башни передачи электроэнергии являются критическими компонентами инфраструктуры, которые поддерживают высоковольтные и сверхвысокие линии, обеспечение эффективной передачи электроэнергии на огромных расстояниях. Одноусловные элементы стали, обычно L-образный в поперечном сечении, широко используются в этих башнях из-за их высокого соотношения прочности к весу, простота изготовления, и универсальность в структурных конфигурациях. Однако, Эти участники в основном подвергаются сжатию нагрузки, Сделать их окончательную грузоподъемную емкостью для конструкции ключа. Режимы сбоя, такие как местное изгиб, Глобальный загибание, и предоставление материала может значительно снизить емкость угловой стали, создает риски для стабильности башни.

Растущий спрос на более высокие и более тяжелые башни, управляется сверхвысоким напряжением (UHV) Системы, такие как 1000 KV Tin-Meng-Shadong Line, потребовалось расширенное исследование поведения сжатия угловой стали. Недавние исследования, такие как тесты башни истинного типа и численное моделирование, сосредоточились на оптимизации выбора материала, Конструкция поперечного сечения, и детали соединения для повышения несущей грузоподъемности. Эта статья синтезирует эти выводы, Обеспечение подробного анализа факторов, влияющих на конечную емкость сжатия одноуглавой стали, включая свойства материалов, стройность, и граничные условия. Представлены сравнительные таблицы и анализа параметров, чтобы предложить надежную основу для понимания текущих исследований и направления будущих разработок.

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

2. Свойства материала и параметры проектирования

Сжатие сжимающей одноуглавой стали зависит от его свойств материала и геометрических характеристик. Общие стальные оценки, используемые в башен -трансмиссии, включают Q235, Q345, и Q420, с более высокими уровнями, такими как Q460 и продвинутые высокопрочные стали (AHSS) Получение тяги для приложений UHV. Эти материалы выбираются на основе их производительности, предел прочности, пластичность, и сварка.

2.1 Ключевые свойства материала

Первичные свойства материала, влияющие на емкость сжатия, включают:

• Предел текучести (f_y): Напряжение, при котором начинается пластическая деформация, критическое для сопротивления зрелищности и сдачи.
• Предел прочности (f_u): Максимальное напряжение перед переломом, указывая на конечную мощность материала.
• Модуль Янга (Э): Жесткость материала, влияя.
• Пластичность: Способность деформировать пластик, необходимо для поглощения энергии при динамических нагрузках.

2.2 Параметры конструкции

Ключевые параметры проектирования включают:

• Коэффициент гибкости (λ = l/r): Отношение эффективной длины (L) к радиусу вращения (ведущий), Управление глобальным изгибом.
• Площадь поперечного сечения (A): Определяет емкость осевой нагрузки.
• Эксцентриситет (е): Загрузка вне центра из-за деталей подключения, вызывание дополнительных изгибающих моментов.
• Граничные условия: Зафиксированный, прикреплен, или частично сдержанные концы влияют.

2.3 Сравнение стальных сортов

Таблица 1 сравнивает механические свойства общих стальных сортов, используемых в одноутройной стали для трансмиссионных башен.

Источник: Адаптировано из GB/T. 700-2006 и GB/T. 1591-2018 стандарты

3. Режимы поведения в сфере поведения и сбоя

Конечная сжимающая емкость одной угловой стали в основном ограничена из -за изгибы, который может произойти в местном, глобальный, или изгиб-промежуточные моды. Режим изгиба зависит от соотношения тонкости, Геометрия поперечного сечения, и условия загрузки.

3.1 Местный загибание

Местное изгиб происходит во фланцах или в паутине угловой секции, когда соотношение ширины к толщине к (б/т) высокий. Этот режим распространен в тонкостенных секциях и может значительно снизить емкость. Исследования на угловой сталь с большим разделением Q420 (например, L200x20) показали, что локальное изгиб инициирует на стрессах ниже силы урожайности, требует компактных конструкций секции.

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

3.2 Глобальный загибание

Глобальный загибание, или Эйлер Баклинг, встречается у стройных членов с высокими коэффициентами тонкости (л > 80). Критическая нагрузка (P_cr) дано:

P_CR = π²I / (КЛ)²

где Е Модуль Янга, Я - момент инерции, K - эффективный коэффициент длины, и я - длина участника. Для одноуглавой стали, Слабая ось (Обычно ось Z-Z) Регламентирует глобальное изгиб из-за асимметричного поперечного сечения.

3.3 Гибкий промежуточный стрижка

Перегих изгиб-промежуточный, который вызывает комбинированное изгиб и кручение. Исследование на угловой стали Q345 (L125x10) продемонстрировал, что эксцентриситет увеличивает риск этого режима, снижение емкости до 20% по сравнению с концентрической нагрузкой.

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

3.4 Сравнение мощностей изгиба

Таблица 2 сравнивает конечные сжатые способности одноугенных стальных элементов с различными поперечными сечениями и стальными сортами, на основе экспериментальных и численных данных.

Источник: Скомпилируется из экспериментальных исследований и анализа конечных элементов

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

4. Экспериментальные и численные исследования

Недавние исследования использовали экспериментальные тестирование и численное моделирование для исследования сжатительной емкости одноуглавой стали в трансмиссионных башнях. Эти исследования дают ценную информацию о поведении изгиба, распределение нагрузки, и оптимизация дизайна.

4.1 Тест башни истинного типа

Тесты башни истинного типа включают в себя полномасштабные или масштабированные модели башни, подверженные проектированию нагрузок для проверки теоретических расчетов. Примечательным примером является тест истинного типа башни ZBC30105BL для Tin-Meng-Sandong 1000 kv uhv line. Башня, построенный из стали Q345B одиночной и двойной угловой стали, был проверен в различных условиях нагрузки, включая ветер (30 Миз) и лед (10 мм). Результаты показали, что измеренные сжатые способности одноутройных элементов (например, L160x12) были внутри 5% теоретических ценностей, подтверждение надежности стандартов проектирования, таких как DL/T 5154-2002.

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

4.2 Конечно-элементный анализ

Анализ конечных элементов (ВЭД) Использование программного обеспечения, такого как Ansys и Abaqus, широко использовалось для моделирования поведения Buctling of Angle Steel. Исследование на угловой сталь Q420 (L200x16) При эксцентричном сжатии показал, что FEA точно предсказал локальное начало выгипа и конечную емкость, с ошибками меньше, чем 10% по сравнению с экспериментальными результатами. Исследование также рекомендовало модифицированную формулу соотношения тонкости для членов параллельной оси для учета эффектов соединения.

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

4.3 Сравнение экспериментальных и численных результатов

Таблица 3 сравнивает конечные возможности сжатия из экспериментальных испытаний и FEA для выбранных угловых стали.

Источник: Скомпилируется из тестов истинного типа и исследований ВЭД

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

5. Стандарты дизайна и рекомендации

Китайские стандарты дизайна, такие как DL/T. 5154-2002 и DL/T. 5219-2023, Предоставьте рекомендации по расчету сжатительной емкости угловой стали в башнях трансмиссии. Эти стандарты учитывают режимы Buctling, эксцентриситет, и подробности подключения.

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

Ключевые рекомендации включают:

• Ограничения соотношения тонкости: Мантайн λ < 120 Для основных членов, чтобы предотвратить глобальное изгиб.
• Эксцентричное рассмотрение: Используйте модифицированные конструктивные формулы для учета эксцентрической загрузки при болтовых соединениях.
• Секция компактности: Убедитесь, что B/T -коэффициенты соответствуют критериям компактных разделов, чтобы минимизировать местное здание.
• Выбор материала: Используйте Q420 или Q460 для башен UHV для достижения более высоких способностей с уменьшенными поперечными сечениями.

Исследование типичных компонентов башни рекомендовало пересмотренную формулу соотношения тонкости для членов параллельной оси для улучшения прогнозов емкости, Особенно для высоких отношений тонкости.

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

6. Последние инновации и приложения

Недавние исследования изучили инновационные подходы для повышения сжатия одноутрой стали.. Например, Исследование на угловой стали с большим сечением Q420 для башен UHV исследовали режимы и механизмы Buckling, Предлагая оптимизированные конструкции поперечного сечения для задержки локального изгиба. В другом исследовании изучалось использование атмосферной стали для трансмиссионных башен, который предлагает улучшенную коррозионную стойкость и потенциально более высокую долгосрочную мощность в суровых условиях.

[](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)

Применение холодной выветривающей стали в испытаниях башни истинного типа продемонстрировало сопоставимые сжатые способности к горячей стали Q345 Q345, с дополнительными преимуществами долговечности. Кроме того, Исследование по параллельному каналу стальной армирование для углов показало 30% увеличение сжатия, Предлагая модернизированное решение для стареющих башен.

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

7. Обсуждение и будущие направления

Исследование окончательной сжатительной емкости одной угловой стали добилось значительных успехов, особенно в контексте трансмиссионных башни UHV. Тесты истинного типа и FEA имеют подтвержденные проектные подходы, В то время как высокопрочные стали, такие как Q420 и Q460. Однако, Проблемы остаются, включая сложность эксцентричной нагрузки моделирования, стоимость высокопрочных материалов, и влияние коррозии на долгосрочную мощность.

Будущие исследования должны сосредоточиться на:

• Разработка экономически эффективных высокопрочных сталей с улучшенной коррозионной стойкостью.
• Добавление моделей FEA, чтобы лучше предсказать изгиб-сгибатель.
• Изучение гибридных конфигураций, такие как угловая сталь с композитными усилиями, для повышения емкости.
• Интеграция цифровых близнецов и машинного обучения для прогнозирования поведения в изгиб и оптимизации дизайнов.

Кроме того, Гармонизирующие международные и китайские стандарты дизайна могут способствовать глобальному внедрению конструкций Advanced Angle Steel., повышение безопасности и эффективности трансмиссионных башен во всем мире.

Рекомендации

1. Исследование и применение стальной башни выветривания: Коррозионное поведение в различных атмосферных средах. www.corrdata.org.cn

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

2. Анализ теста истинного типа башни ZBC30105BL для Tin-Meng-Shandong 1000 kv uhv линия передачи. html.rhhz.net

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

3. Изучение нагрузочной способности угловой стали с параллельным усилением канала. www.energychina.press

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

4. Экспериментальное исследование типичной способности по нагрузке башни компонента. www.cepc.com.cn

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

5. Экспериментальный и теоретический анализ усиления углового стали в башен передачи. jace.chd.edu.cn

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

6. Испытательное исследование истинного типа о выветривании холодных стальных башен трансмиссии. www.lwinst.com

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

7. GB / T 700-2006: Углеродные конструкционные стали. Китайский национальный стандарт.

8. GB / T 1591-2018: Высокопрочные низколегированные конструкционные стали. Китайский национальный стандарт.

9. ДЛ/Т 5154-2002: Технический код для проектирования структур башни линий передачи накладных расходов. Китайский промышленный стандарт.

10. ДЛ/Т 5219-2023: Технический код для проектирования фундамента линий передачи накладных расходов. Китайский промышленный стандарт.

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