นามธรรม

สมาชิกเหล็กมุมเดียวเป็นส่วนประกอบพื้นฐานในอาคารส่งกำลังไฟฟ้า, แบกรับแรงอัดอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากความต้องการโครงสร้างของสายส่งแรงดันสูงและแรงดันสูงพิเศษ. ความสามารถในการรับน้ำหนักแรงอัดสูงสุดของสมาชิกเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการสร้างความมั่นใจในความมั่นคงของทาวเวอร์และความปลอดภัยภายใต้เงื่อนไขการโหลดต่างๆ, รวมถึงลมด้วย, น้ำแข็ง, และแรงแผ่นดินไหว. บทความนี้ให้การวิเคราะห์ที่ครอบคลุมของการวิจัยเกี่ยวกับความสามารถในการบีบอัดที่ดีที่สุดของเหล็กมุมเดียว, มุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติของวัสดุ, พฤติกรรมการโก่งตัว, และการศึกษาเชิงทดลองและตัวเลข. ผ่านตารางเปรียบเทียบ, เราประเมินประสิทธิภาพของเกรดเหล็กที่แตกต่างกัน, การกำหนดค่าแบบตัดขวาง, และพารามิเตอร์การออกแบบ, เช่นอัตราส่วนความเรียวและความผิดปกติ. การศึกษาล่าสุด, รวมถึงการทดสอบหอคอยประเภทจริงและการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด, ได้รับการตรวจสอบเพื่อเน้นความก้าวหน้าในการทำความเข้าใจโหมดการโก่งตัวและกลไกความล้มเหลว. การวิเคราะห์มีวัตถุประสงค์เพื่อเป็นแนวทางให้วิศวกรและนักวิจัยในการปรับการออกแบบสมาชิกมุมเหล็กเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนักและประสิทธิภาพเชิงโครงสร้างในหอส่งสัญญาณ.

1. บทนำ

อาคารส่งกำลังไฟฟ้าเป็นส่วนประกอบโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญที่รองรับสายแรงดันไฟฟ้าสูงและแรงดันสูงพิเศษ, ช่วยให้การถ่ายโอนไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพในระยะทางไกล. สมาชิกเหล็กมุมเดียว, โดยทั่วไปแล้วรูปตัว L ในหน้าตัด, มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในหอคอยเหล่านี้เนื่องจากอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักสูง, ความสะดวกในการผลิต, และความเก่งกาจในการกำหนดค่าโครงสร้าง. อย่างไรก็ตาม, สมาชิกเหล่านี้อยู่ภายใต้การรับแรงอัดเป็นหลัก, ทำให้ความสามารถในการรับน้ำหนักที่ดีที่สุดของพวกเขาเป็นการพิจารณาการออกแบบที่สำคัญ. โหมดความล้มเหลวเช่นการโก่งตัวในท้องถิ่น, การโก่งงอทั่วโลก, และการให้วัสดุสามารถลดความสามารถของเหล็กมุมได้อย่างมีนัยสำคัญ, วางความเสี่ยงต่อความมั่นคงของหอคอย.

ความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับหอคอยที่สูงและหนักกว่า, ขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงเป็นพิเศษ (UHV) ระบบเช่น 1000 KV Tin-Meng-Shadong Line, จำเป็นต้องมีการวิจัยขั้นสูงเกี่ยวกับพฤติกรรมการบีบอัดของเหล็กมุม. การศึกษาล่าสุด, เช่นการทดสอบหอคอยประเภทจริงและการจำลองเชิงตัวเลข, มุ่งเน้นไปที่การเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกวัสดุ, การออกแบบแบบตัดขวาง, และรายละเอียดการเชื่อมต่อเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับน้ำหนัก. บทความนี้สังเคราะห์การค้นพบเหล่านี้, ให้การวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับปัจจัยที่มีผลต่อความสามารถในการรับแรงอัดสูงสุดของเหล็กมุมเดียว, รวมถึงคุณสมบัติของวัสดุ, ความเพรียวบาง, และเงื่อนไขขอบเขต. ตารางเปรียบเทียบและการวิเคราะห์พารามิเตอร์ถูกนำเสนอเพื่อนำเสนอกรอบการทำงานที่แข็งแกร่งสำหรับการทำความเข้าใจการวิจัยในปัจจุบันและแนวทางการพัฒนาในอนาคต.

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

2. คุณสมบัติของวัสดุและพารามิเตอร์การออกแบบ

ความสามารถในการบีบอัดของเหล็กมุมเดียวขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุและลักษณะทางเรขาคณิต. เกรดเหล็กทั่วไปที่ใช้ในหอคอยเกียร์รวมถึง Q235, Q345, และ Q420, ด้วยเกรดที่มีความแข็งแรงสูงเช่น Q460 และเหล็กกล้าความแข็งแรงสูงขั้นสูง (AHSS) ได้รับแรงฉุดสำหรับแอปพลิเคชัน UHV. วัสดุเหล่านี้ถูกเลือกตามความแข็งแรงของผลผลิต, แรงดึง, ความเหนียว, และการเชื่อมได้.

2.1 คุณสมบัติวัสดุสำคัญ

คุณสมบัติของวัสดุหลักที่มีผลต่อความสามารถในการรับแรงอัดรวมถึง:

• ความแรงของอัตราผลตอบแทน (f_y): ความเครียดที่การเปลี่ยนรูปพลาสติกเริ่มต้นขึ้น, สำคัญสำหรับการต่อต้านการโก่งงอและให้ผล.
• ความต้านแรงดึง (f_u): ความเครียดสูงสุดก่อนการแตกหัก, ระบุความสามารถสูงสุดของวัสดุ.
• โมดูลัสของ Young (อี): ความแข็งของวัสดุ, มีอิทธิพลต่อพฤติกรรมการโก่งงอยืดหยุ่น.
• ความเหนียว: ความสามารถในการเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก, จำเป็นสำหรับการดูดซับพลังงานภายใต้โหลดแบบไดนามิก.

2.2 พารามิเตอร์การออกแบบ

พารามิเตอร์การออกแบบที่สำคัญรวมถึง:

• อัตราส่วนความเรียว (λ = l/r): อัตราส่วนความยาวที่มีประสิทธิภาพ (L) รัศมีของการหมุน (R), การปกครองการโก่งงอทั่วโลก.
• พื้นที่ตัดขวาง (A): กำหนดความสามารถในการโหลดตามแนวแกน.
• ความผิดปกติ (อี): การโหลดนอกศูนย์เนื่องจากรายละเอียดการเชื่อมต่อ, กระตุ้นช่วงเวลาการดัดเพิ่มเติม.
• เงื่อนไขขอบเขต: ที่ตายตัว, ที่ถูกตรึง, หรือปลายที่ถูก จำกัด บางส่วนส่งผลกระทบต่อโหมดการโก่งตัว.

2.3 การเปรียบเทียบเกรดเหล็ก

ตาราง 1 เปรียบเทียบคุณสมบัติเชิงกลของเกรดเหล็กทั่วไปที่ใช้ในเหล็กมุมเดียวสำหรับหอส่งสัญญาณ.

แหล่งที่มา: ดัดแปลงมาจาก GB/T 700-2006 และ gb/t 1591-2018 มาตรฐาน

3. พฤติกรรมการโก่งตัวและโหมดความล้มเหลว

ความสามารถในการบีบอัดที่ดีที่สุดของเหล็กมุมเดียวส่วนใหญ่ถูก จำกัด ด้วยการโก่งงอเป็นหลัก, ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ในท้องถิ่น, ทั่วโลก, หรือโหมดการโค้งงอ. โหมดการโก่งตัวขึ้นอยู่กับอัตราส่วนความผันผวน, เรขาคณิตตัดขวาง, และเงื่อนไขการโหลด.

3.1 การโก่งตัวในท้องถิ่น

การโก่งตัวในท้องถิ่นเกิดขึ้นในหน้าแปลนหรือเว็บของส่วนมุมเมื่ออัตราส่วนความกว้างต่อความหนา (B/T) สูง. โหมดนี้แพร่หลายในส่วนที่มีผนังบางและสามารถลดความจุได้อย่างมีนัยสำคัญ. การศึกษาเกี่ยวกับเหล็กมุมขนาดใหญ่ Q420 (เช่น, L200X20) ได้แสดงให้เห็นว่าการโก่งงอท้องถิ่นเริ่มต้นที่ความเครียดต่ำกว่าความแข็งแรงของผลผลิต, การออกแบบส่วนที่มีขนาดกะทัดรัด.

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

3.2 การโก่งงอทั่วโลก

การโก่งงอทั่วโลก, หรือการโก่งงอออยเลอร์, เกิดขึ้นในสมาชิกเรียวที่มีอัตราส่วนความผันผวนสูง (l > 80). ภาระการโก่งงอที่สำคัญ (P_CR) ได้รับจาก:

p_cr = π²i / (KL)²

โดยที่ E คือโมดูลัสของ Young, ฉันเป็นช่วงเวลาแห่งความเฉื่อย, K คือปัจจัยความยาวที่มีประสิทธิภาพ, และ l คือความยาวของสมาชิก. สำหรับเหล็กมุมเดียว, แกนอ่อนแอ (โดยทั่วไปแกน z-z) ควบคุมการโก่งตัวทั่วโลกเนื่องจากการตัดขวางแบบอสมมาตร.

3.3 การโก่งงอแรงบิด

การโก่งงอแรงบิดแบบโค้งงอเป็นเรื่องธรรมดาในเหล็กมุมเดียวเนื่องจากการโหลดผิดปกติที่การเชื่อมต่อแบบสลักเกลียว, ซึ่งทำให้เกิดการดัดและการบิดรวมกัน. การศึกษาเกี่ยวกับเหล็กมุม Q345 (l125x10) แสดงให้เห็นว่าความผิดปกติเพิ่มความเสี่ยงของโหมดนี้, ลดกำลังการผลิตได้มากถึง 20% เมื่อเทียบกับการโหลดแบบศูนย์กลาง.

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

3.4 การเปรียบเทียบความสามารถในการโก่งตัว

ตาราง 2 เปรียบเทียบความสามารถในการบีบอัดที่ดีที่สุดของสมาชิกเหล็กมุมเดียวที่มีส่วนตัดขวางและเกรดเหล็กที่แตกต่างกัน, ขึ้นอยู่กับข้อมูลการทดลองและตัวเลข.

แหล่งที่มา: รวบรวมจากการศึกษาทดลองและการวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด

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

4. การศึกษาเชิงทดลองและตัวเลข

การวิจัยล่าสุดได้ใช้การทดสอบการทดลองและการจำลองเชิงตัวเลขเพื่อตรวจสอบความสามารถในการบีบอัดของเหล็กมุมเดียวในหอส่งสัญญาณ. การศึกษาเหล่านี้ให้ข้อมูลเชิงลึกที่มีคุณค่าเกี่ยวกับพฤติกรรมการโก่งตัว, การกระจายโหลด, และการเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ.

4.1 การทดสอบหอคอยประเภทจริง

การทดสอบหอคอยประเภทจริงเกี่ยวข้องกับแบบจำลองหอคอยเต็มรูปแบบหรือหอคอยที่มีการออกแบบโหลดเพื่อตรวจสอบการคำนวณเชิงทฤษฎี. ตัวอย่างที่น่าสังเกตคือการทดสอบประเภทจริงของหอคอย ZBC30105BL สำหรับ Tin-Meng-Shandong 1000 KV UHV Line. หอคอย, สร้างขึ้นด้วย q345b เดี่ยวและเหล็กมุมสองมุม, ได้รับการทดสอบภายใต้เงื่อนไขการโหลดต่างๆ, รวมถึงลมด้วย (30 นางสาว) และน้ำแข็ง (10 มิลลิเมตร). ผลการศึกษาพบว่าความสามารถในการบีบอัดที่วัดได้ของสมาชิกมุมเดียว (เช่น, L160X12) อยู่ภายใน 5% ของค่าทางทฤษฎี, ยืนยันความน่าเชื่อถือของมาตรฐานการออกแบบเช่น DL/T 5154-2002.

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

4.2 การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัด

การวิเคราะห์องค์ประกอบ จำกัด (กฟภ) การใช้ซอฟต์แวร์เช่น Ansys และ Abaqus ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการจำลองพฤติกรรมการโก่งงอของเหล็กมุม. การศึกษาเกี่ยวกับเหล็กมุม Q420 (L200X16) ภายใต้การบีบอัดที่ผิดปกติแสดงให้เห็นว่า FEA ทำนายการเริ่มต้นการโก่งงอท้องถิ่นอย่างแม่นยำและความสามารถสูงสุด, มีข้อผิดพลาดน้อยกว่า 10% เมื่อเทียบกับผลการทดลอง. การศึกษายังแนะนำสูตรอัตราส่วนความเรืองแสงที่ปรับเปลี่ยนสำหรับสมาชิกแกนคู่ขนานเพื่อบัญชีสำหรับผลการเชื่อมต่อ.

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

4.3 การเปรียบเทียบผลการทดลองและตัวเลข

ตาราง 3 เปรียบเทียบความสามารถในการบีบอัดที่ดีที่สุดจากการทดสอบการทดลองและ FEA สำหรับสมาชิกเหล็กมุมที่เลือก.

แหล่งที่มา: รวบรวมจากการทดสอบประเภทจริงและการศึกษา FEA

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

5. มาตรฐานการออกแบบและคำแนะนำ

มาตรฐานการออกแบบจีน, เช่น DL/T 5154-2002 และ dl/t 5219-2023, ให้แนวทางสำหรับการคำนวณความสามารถในการบีบอัดของเหล็กมุมในหอส่งสัญญาณ. มาตรฐานเหล่านี้บัญชีสำหรับโหมดการโก่งตัว, ความผิดปกติ, และรายละเอียดการเชื่อมต่อ.

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

คำแนะนำที่สำคัญรวมถึง:

• ขีด จำกัด อัตราส่วนความเรียว: Mantain λ < 120 สำหรับสมาชิกหลักในการป้องกันการโก่งงอทั่วโลก.
• การพิจารณาความผิดปกติ: ใช้สูตรการออกแบบที่ได้รับการแก้ไขเพื่อบัญชีสำหรับการโหลดที่ผิดปกติที่การเชื่อมต่อแบบสลักเกลียว.
• ส่วนกะทัดรัด: ตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราส่วน B/T เป็นไปตามเกณฑ์ส่วนกะทัดรัดเพื่อลดการโก่งตัวในท้องถิ่น.
• การเลือกใช้วัสดุ: ใช้ Q420 หรือ Q460 สำหรับหอคอย UHV เพื่อให้ได้ความสามารถที่สูงขึ้นด้วยการลดส่วนข้ามส่วน.

การศึกษาเกี่ยวกับส่วนประกอบของหอคอยทั่วไปแนะนำสูตรอัตราส่วนความเรืองแสงที่ได้รับการแก้ไขสำหรับสมาชิกแกนขนานเพื่อปรับปรุงการทำนายกำลังการผลิต, โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอัตราส่วนความเรียวสูง.

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

6. นวัตกรรมและแอปพลิเคชันล่าสุด

การวิจัยล่าสุดได้สำรวจวิธีการที่เป็นนวัตกรรมเพื่อเพิ่มความสามารถในการบีบอัดของเหล็กมุมเดียว. ตัวอย่างเช่น, การศึกษาเกี่ยวกับเหล็กมุมขนาดใหญ่ Q420 สำหรับหอคอย UHV ที่ตรวจสอบโหมดการโก่งตัวและกลไก, เสนอการออกแบบแบบตัดขวางที่ดีที่สุดเพื่อชะลอการโก่งงอท้องถิ่น. การศึกษาอื่นตรวจสอบการใช้เหล็กผุกร่อนสำหรับหอส่งสัญญาณ, ซึ่งให้ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้นและความสามารถในระยะยาวที่สูงขึ้นในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง.

[](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)

การประยุกต์ใช้เหล็กผุกร่อนเย็นในการทดสอบหอคอยชนิดจริงแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการบีบอัดที่เทียบเท่ากับเหล็ก Q345 ที่รีดร้อน, ด้วยผลประโยชน์ที่เพิ่มขึ้น. นอกจากนี้, งานวิจัยเกี่ยวกับการเสริมแรงเหล็กช่องทางขนานสำหรับสมาชิกมุมแสดงให้เห็นว่าก 30% เพิ่มความสามารถในการบีบอัด, เสนอโซลูชันติดตั้งเพิ่มเติมสำหรับหอผู้สูงอายุ.

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?index = cgk_journal&ประเภท = ความสำเร็จ&ID = CJFDLAST2016_GYJZ201608001)[](https://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.016?viewType = html)

7. การอภิปรายและทิศทางในอนาคต

การวิจัยเกี่ยวกับความสามารถในการบีบอัดที่ดีที่สุดของเหล็กมุมเดียวทำให้เกิดความก้าวหน้าอย่างมีนัยสำคัญ, โดยเฉพาะอย่างยิ่งในบริบทของหอส่งสัญญาณ UHV. การทดสอบประเภทจริงและ FEA มีวิธีการออกแบบที่ผ่านการตรวจสอบแล้ว, ในขณะที่เหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงเช่น Q420 และ Q460 ได้เปิดใช้งานการออกแบบหอคอยที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพมากขึ้น. อย่างไรก็ตาม, ความท้าทายยังคงอยู่, รวมถึงความซับซ้อนของการสร้างแบบจำลองการโหลดผิดปกติ, ค่าใช้จ่ายของวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง, และผลกระทบของการกัดกร่อนต่อกำลังการผลิตระยะยาว.

การวิจัยในอนาคตควรมุ่งเน้นไปที่:

• การพัฒนาเหล็กกล้าที่มีประสิทธิภาพสูงและมีประสิทธิภาพสูงพร้อมความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีขึ้น.
• การพัฒนาแบบจำลอง FEA เพื่อทำนายการโก่งงอแรงบิดแบบโค้งงอได้ดีขึ้นภายใต้การโหลดที่ซับซ้อน.
• สำรวจการกำหนดค่าไฮบริด, เช่นเหล็กมุมที่มีการเสริมกำลังคอมโพสิต, เพื่อเพิ่มขีดความสามารถ.
• การรวมฝาแฝดดิจิตอลและการเรียนรู้ของเครื่องเพื่อทำนายพฤติกรรมการโก่งตัวและเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบ.

นอกจากนี้, มาตรฐานการออกแบบระหว่างประเทศและจีนที่สอดคล้องกันสามารถอำนวยความสะดวกในการยอมรับการออกแบบเหล็กมุมขั้นสูงทั่วโลก, การปรับปรุงความปลอดภัยและประสิทธิภาพของหอส่งสัญญาณทั่วโลก.

อ้างอิง

1. การวิจัยและการประยุกต์: พฤติกรรมการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน. www.corrdata.org.cn

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

2. การวิเคราะห์การทดสอบแบบ True-Type ของหอคอย ZBC30105BL สำหรับ Tin-Meng-Shandong 1000 สายส่ง KV UHV. html.rhhz.net

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

3. ศึกษาความสามารถในการรับน้ำหนักของเหล็กมุมด้วยการเสริมแรงช่องทางขนาน. www.energychina.press

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

4. การศึกษาเชิงทดลองเกี่ยวกับความสามารถในการรับน้ำหนักส่วนประกอบของหอคอยทั่วไป. www.cepc.com.cn

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

5. การวิเคราะห์เชิงทดลองและเชิงทฤษฎีของการเสริมแรงเหล็กมุมในหอส่งสัญญาณ. jace.chd.edu.cn

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

6. การศึกษาการทดสอบแบบจริงเกี่ยวกับหอส่งเหล็กที่มีสภาพอากาศเย็น. www.lwinst.com

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?index = cgk_journal&ประเภท = ความสำเร็จ&ID = CJFDLAST2016_GYJZ201608001)

7. GB / T 700-2006: คาร์บอนเหล็กโครงสร้าง. มาตรฐานแห่งชาติจีน.

8. GB / T 1591-2018: มีความแข็งแรงสูงผสมต่ำเหล็กโครงสร้าง. มาตรฐานแห่งชาติจีน.

9. ดีแอล/ที 5154-2002: รหัสทางเทคนิคสำหรับการออกแบบโครงสร้างหอคอยของสายส่งค่าใช้จ่าย. มาตรฐานอุตสาหกรรมจีน.

10. ดีแอล/ที 5219-2023: รหัสทางเทคนิคสำหรับการออกแบบรากฐานของสายส่งค่าใช้จ่าย. มาตรฐานอุตสาหกรรมจีน.

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