trừu tượng

Thành viên thép góc đơn là các thành phần cơ bản trong các tháp truyền điện, chịu tải trọng nén đáng kể do nhu cầu cấu trúc của các đường truyền điện áp cao và cực cao. Khả năng chịu tải trọng nén cuối cùng của các thành viên này là rất quan trọng để đảm bảo sự ổn định và an toàn của tháp trong các điều kiện tải khác nhau, bao gồm cả gió, Nước đá, và lực địa chấn. Bài viết này cung cấp một phân tích toàn diện về nghiên cứu về khả năng nén cuối cùng của thép góc đơn, Tập trung vào các thuộc tính vật chất, hành vi oằn, và các nghiên cứu thử nghiệm và số. Thông qua các bảng so sánh, Chúng tôi đánh giá hiệu suất của các lớp thép khác nhau, Cấu hình cắt ngang, và các thông số thiết kế, chẳng hạn như tỷ lệ thanh mảnh và độ lệch tâm. Các nghiên cứu gần đây, bao gồm các thử nghiệm tháp thực sự và phân tích phần tử hữu hạn, được xem xét để làm nổi bật những tiến bộ trong việc tìm hiểu các chế độ vênh và cơ chế thất bại. Phân tích nhằm mục đích hướng dẫn các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong việc tối ưu hóa thiết kế các thành viên thép góc để nâng cao khả năng chịu tải và hiệu quả cấu trúc trong các tháp truyền.

1. Giới thiệu

Tháp truyền điện là các thành phần cơ sở hạ tầng quan trọng hỗ trợ các đường dây điện áp cao và cực cao, cho phép chuyển điện hiệu quả qua khoảng cách rộng lớn. Thành viên thép góc đơn, Thông thường hình chữ L trong mặt cắt, được sử dụng rộng rãi trong các tòa tháp này do tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao của chúng, dễ chế tạo, và tính linh hoạt trong các cấu hình cấu trúc. Tuy nhiên, Những thành viên này chủ yếu chịu tải trọng nén, Làm cho khả năng chịu tải cuối cùng của họ là một sự xem xét thiết kế quan trọng. Các chế độ thất bại như oằn địa phương, Buckling toàn cầu, và năng suất vật liệu có thể làm giảm đáng kể công suất của thép góc, đặt ra rủi ro cho sự ổn định của tháp.

Nhu cầu ngày càng tăng đối với các tòa tháp cao hơn và nặng hơn, Được điều khiển bởi điện áp cực cao (Uhv) Các hệ thống như 1000 KV Tin-meng-shadong dòng, đã cần nghiên cứu nâng cao về hành vi nén của thép góc. Các nghiên cứu gần đây, chẳng hạn như các bài kiểm tra tháp kiểu thật và mô phỏng số, đã tập trung vào việc tối ưu hóa lựa chọn vật liệu, Thiết kế cắt ngang, và chi tiết kết nối để tăng cường khả năng chịu tải. Bài viết này tổng hợp những phát hiện này, Cung cấp một phân tích chi tiết về các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng nén cuối cùng của thép góc đơn, bao gồm tính chất vật chất, Slenderness, và điều kiện biên. Các bảng so sánh và phân tích tham số được trình bày để cung cấp một khung mạnh mẽ để hiểu nghiên cứu hiện tại và hướng dẫn sự phát triển trong tương lai.

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

2. Thuộc tính vật liệu và tham số thiết kế

Khả năng nén của thép góc đơn phụ thuộc vào tính chất vật liệu và đặc tính hình học của nó. Các lớp thép phổ biến được sử dụng trong các tháp truyền dẫn bao gồm Q235, Q345, và Q420, với các cấp độ cao hơn như Q460 và thép cường độ cao tiên tiến (AHSS) đạt được lực kéo cho các ứng dụng UHV. Những vật liệu này được chọn dựa trên sức mạnh năng suất của chúng, độ bền kéo, độ dẻo, và khả năng hàn.

2.1 Thuộc tính vật liệu chính

Các thuộc tính vật liệu chính ảnh hưởng đến khả năng nén bao gồm:

• Năng suất Strength (f_y): Sự căng thẳng mà biến dạng dẻo bắt đầu, quan trọng để chống lại sự vênh và năng suất.
• Sức căng (f_u): Căng thẳng tối đa trước khi gãy xương, chỉ ra công suất cuối cùng của vật liệu.
• Mô -đun Young (E): Độ cứng của vật liệu, ảnh hưởng đến hành vi vênh đàn hồi.
• độ dẻo: Khả năng biến dạng về mặt nhựa, cần thiết để hấp thụ năng lượng dưới tải động.

2.2 Thông số thiết kế

Các thông số thiết kế chính bao gồm:

• Tỷ lệ mảnh mai (λ = l/r): Tỷ lệ chiều dài hiệu quả (L) đến bán kính của Gyration (r), Quản lý Buckling toàn cầu.
• Khu vực cắt ngang (Một): Xác định khả năng tải trục.
• Lập dị (e): Tải ngoài trung tâm do chi tiết kết nối, tạo ra các khoảnh khắc uốn thêm.
• Điều kiện biên: Đã sửa, ghim, hoặc các kết thúc bị hạn chế một phần ảnh hưởng đến các chế độ vênh.

2.3 So sánh các lớp thép

Bàn 1 So sánh các tính chất cơ học của các loại thép phổ biến được sử dụng trong thép góc đơn cho các tháp truyền.

Nguồn: Chuyển thể từ GB/T. 700-2006 và gb/t 1591-2018 tiêu chuẩn

3. Hành vi oằn và chế độ thất bại

Khả năng nén cuối cùng của thép góc đơn chủ yếu bị giới hạn bởi o, có thể xảy ra ở địa phương, toàn cầu, hoặc các chế độ uốn cong uốn. Chế độ Buckling phụ thuộc vào tỷ lệ độ mảnh, Hình học cắt ngang, và điều kiện tải.

3.1 Buckling địa phương

Buckling cục bộ xảy ra trong các mặt bích hoặc web của phần góc khi tỷ lệ chiều rộng-dày (b/t) là cao. Chế độ này phổ biến trong các phần thành mỏng và có thể giảm đáng kể công suất. Các nghiên cứu về thép góc phần lớn Q420 (ví dụ, L200x20) đã chỉ ra rằng việc vênh cục bộ khởi đầu tại các ứng suất dưới sức mạnh năng suất, đòi hỏi thiết kế phần nhỏ gọn.

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

3.2 Buckling toàn cầu

Buckling toàn cầu, hoặc Euler oằn mình, Xảy ra ở các thành viên thanh mảnh với tỷ lệ độ mảnh cao (l > 80). Tải trọng quan trọng (P_CR) được đưa ra bởi:

P_cr = π²i / (KL)²

E ở đâu là mô đun Young, Tôi là thời điểm quán tính, K là yếu tố độ dài hiệu quả, và L là chiều dài thành viên. Đối với thép góc đơn, trục yếu (Thông thường, trục Z-Z) chi phối sự khóa toàn cầu do mặt cắt không đối xứng.

3.3 Buckling uốn cong uốn cong

Buckling uốn cong là phổ biến trong thép góc đơn do tải trọng lập ở các kết nối bắt vít, trong đó gây ra sự uốn cong và xoắn kết hợp. Một nghiên cứu về thép góc Q345 (L125X10) đã chứng minh rằng độ lệch tâm làm tăng nguy cơ của chế độ này, giảm khả năng lên tới 20% so với tải đồng tâm.

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

3.4 So sánh khả năng oằn

Bàn 2 So sánh khả năng nén cuối cùng của các thành viên thép góc đơn với các mặt cắt và lớp thép khác nhau, dựa trên dữ liệu thử nghiệm và số.

Nguồn: Được tổng hợp từ các nghiên cứu thực nghiệm và phân tích phần tử hữu hạn

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

4. Các nghiên cứu thử nghiệm và số

Nghiên cứu gần đây đã sử dụng thử nghiệm thử nghiệm và mô phỏng số để điều tra khả năng nén của thép góc đơn trong các tháp truyền. Những nghiên cứu này cung cấp những hiểu biết có giá trị về hành vi vênh, phân phối tải, và tối ưu hóa thiết kế.

4.1 Các bài kiểm tra tháp kiểu thật

Các bài kiểm tra tháp loại thực sự liên quan đến các mô hình tháp quy mô đầy đủ hoặc quy mô có thể thiết kế tải trọng để xác nhận các tính toán lý thuyết. Một ví dụ đáng chú ý là thử nghiệm loại thực sự của Tháp ZBC30105BL cho hộp số thiếc-Shandong 1000 Dòng KV UHV. Tháp, Được chế tạo bằng thép đơn và hai góc kép Q345B, đã được kiểm tra trong các điều kiện tải khác nhau, bao gồm cả gió (30 Cô) và băng (10 mm). Kết quả cho thấy khả năng nén đo được của các thành viên góc đơn (ví dụ, L160x12) đã ở bên trong 5% của các giá trị lý thuyết, Xác nhận độ tin cậy của các tiêu chuẩn thiết kế như DL/T 5154-2002.

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

4.2 Phân tích phần tử hữu hạn

Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) Sử dụng phần mềm như ANSYS và Abaqus đã được sử dụng rộng rãi để mô hình hóa hành vi vênh của thép góc. Một nghiên cứu về thép góc Q420 (L200x16) Dưới sự nén lập dị cho thấy rằng FEA dự đoán chính xác sự khởi đầu oằn địa phương và khả năng cuối cùng, với lỗi ít hơn 10% so với kết quả thử nghiệm. Nghiên cứu cũng đề xuất công thức tỷ lệ độ mảnh được sửa đổi cho các thành viên trục song song để tính toán các hiệu ứng kết nối.

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

4.3 So sánh kết quả thử nghiệm và số

Bàn 3 So sánh khả năng nén cuối cùng từ các thử nghiệm thử nghiệm và FEA cho các thành viên thép góc được chọn.

Nguồn: Được tổng hợp từ các bài kiểm tra kiểu thật và nghiên cứu FEA

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

5. Tiêu chuẩn và khuyến nghị thiết kế

Tiêu chuẩn thiết kế Trung Quốc, chẳng hạn như DL/T. 5154-2002 và dl/t 5219-2023, Cung cấp các hướng dẫn để tính toán công suất nén của thép góc trong các tháp truyền. Các tiêu chuẩn này chiếm các chế độ Buckling, lập dị, và chi tiết kết nối.

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

Các khuyến nghị chính bao gồm:

• Giới hạn tỷ lệ mảnh: Thần chú < 120 cho các thành viên chính để ngăn chặn sự vênh toàn cầu.
• Cân nhắc lập dị: Sử dụng các công thức thiết kế sửa đổi để tính toán tải trọng lập vào các kết nối bắt vít.
• Phần nén: Đảm bảo tỷ lệ B/T đáp ứng các tiêu chí phần nhỏ gọn để giảm thiểu sự vênh cục bộ.
• Lựa chọn vật liệu: Sử dụng Q420 hoặc Q460 cho các tháp UHV để đạt được năng lực cao hơn với các mặt cắt giảm.

Một nghiên cứu về các thành phần tháp điển hình đã khuyến nghị công thức tỷ lệ trượt được sửa đổi cho các thành viên trục song song để cải thiện dự đoán năng lực, đặc biệt đối với tỷ lệ độ mảnh cao.

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

6. Những đổi mới và ứng dụng gần đây

Nghiên cứu gần đây đã khám phá các phương pháp sáng tạo để tăng cường khả năng nén của thép góc đơn. Ví dụ, Một nghiên cứu về thép góc phần lớn Q420 cho các tòa tháp UHV đã điều tra các chế độ và cơ chế Buckling, Đề xuất các thiết kế cắt ngang được tối ưu hóa để trì hoãn việc vênh cục bộ. Một nghiên cứu khác đã kiểm tra việc sử dụng thép phong hóa cho các tháp truyền, cung cấp khả năng chống ăn mòn được cải thiện và khả năng dài hạn cao hơn trong môi trường khắc nghiệt.

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

Việc áp dụng thép phong hình lạnh trong các thử nghiệm tháp thực sự đã thể hiện khả năng nén tương đương với thép Q345 được cán nóng, với các lợi ích độ bền bổ sung. Ngoài ra, nghiên cứu về gia cố thép kênh song song cho các thành viên góc cho thấy một 30% Tăng khả năng nén, Cung cấp một giải pháp trang bị thêm cho các tòa tháp già.

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?INDEX = CGK_Journal&loại = thành tích&id = CJFDLAST2016_GYJZ201608001)[](https://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.016?ViewType = html)

7. Thảo luận và các hướng dẫn trong tương lai

Nghiên cứu về khả năng nén cuối cùng của thép góc đơn đã có những bước tiến đáng kể, Đặc biệt trong bối cảnh các tháp truyền UHV. Các bài kiểm tra loại thực và FEA đã xác nhận các phương pháp thiết kế, Mặc dù thép cường độ cao như Q420 và Q460 đã cho phép thiết kế tháp nhẹ hơn và hiệu quả hơn. Tuy nhiên, những thách thức vẫn còn, bao gồm sự phức tạp của mô hình tải lập dị, chi phí của vật liệu cường độ cao, và tác động của sự ăn mòn đối với khả năng lâu dài.

Nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào:

• Phát triển thép cường độ cao hiệu quả về chi phí với khả năng chống ăn mòn được cải thiện.
• Thúc đẩy các mô hình FEA để dự đoán tốt hơn sự vênh lệch hướng động dưới tải phức tạp.
• Khám phá cấu hình lai, chẳng hạn như thép góc với cốt thép tổng hợp, để tăng cường năng lực.
• Tích hợp các cặp song sinh kỹ thuật số và học máy để dự đoán hành vi vênh và tối ưu hóa các thiết kế.

Ngoài ra, Hài hòa các tiêu chuẩn thiết kế quốc tế và Trung Quốc có thể tạo điều kiện cho việc áp dụng toàn cầu các thiết kế thép góc tiên tiến, Cải thiện sự an toàn và hiệu quả của các tháp truyền dẫn trên toàn thế giới.

Người giới thiệu

1. Nghiên cứu và ứng dụng Tháp thép phong hóa: Hành vi ăn mòn trong các môi trường khí quyển khác nhau. www.corrdata.org.cn

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

2. Phân tích thử nghiệm loại thực của Tháp ZBC30105BL cho tin-meng-Shandong 1000 đường truyền KV UHV. html.rhhz.net

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

3. Nghiên cứu về khả năng chịu tải của thép góc với gia cố kênh song song. www.energychina.Press

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

4. Nghiên cứu thử nghiệm về khả năng chịu tải thành phần tháp điển hình. www.cepc.com.cn

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

5. Phân tích thực nghiệm và lý thuyết của cốt thép góc trong các tháp truyền. jace.chd.edu.cn

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

6. Nghiên cứu thử nghiệm loại thực sự về các tháp truyền thép hình lạnh. www.lwinst.com

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?INDEX = CGK_Journal&loại = thành tích&id = CJFDLAST2016_GYJZ201608001)

7. GB / T 700-2006: Carbon thép cấu trúc. Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc.

8. GB / T 1591-2018: cường độ cao hợp kim thép hợp kim thấp cấu trúc. Tiêu chuẩn quốc gia Trung Quốc.

9. DL/T 5154-2002: Mã kỹ thuật để thiết kế các cấu trúc tháp của các đường truyền trên cao. Tiêu chuẩn công nghiệp Trung Quốc.

10. DL/T 5219-2023: Mã kỹ thuật cho thiết kế nền tảng của các đường truyền trên cao. Tiêu chuẩn công nghiệp Trung Quốc.

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