2021.01科學技術創(chuàng)新輸電塔單角鋼桿件及節(jié)點承載力研究進展綜述 肖云鳳華超楊靜怡葛懷薇
（重慶科技學院建筑工程學院，
重慶401331）摘要：輸電塔角鋼構件及節(jié)點承載力研究仍有很多不完善之處，對此針對單角鋼桿件穩(wěn)定承載能力研究進展狀況，以及角鋼構件連接節(jié)點設計研究進展，進行綜合闡述提出往后工作建議，
改善輸電塔結構局部和整體的穩(wěn)定性。關鍵詞：輸電塔；單角鋼；受壓；連接節(jié)點中圖分類號:[TU279.7+44]文獻標識碼:A 文章編號:2096-4390(2021)01-0127-02對于單角鋼截面構件的受力不同于矩形截面構件，受力性
能更為復雜，等肢角鋼其截面特性為單軸對稱，
截面形心位于面外（角鋼截面特征如圖1所示），除了強度破壞影響構件承載能力，構件的穩(wěn)定性往往對角鋼承載能力起著決定性的作用。
而國內(nèi)現(xiàn)有設計規(guī)范《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017-2017[1]，
相對前一版本《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017-2003[2]，對結構分析
與穩(wěn)定性設計做出了更為詳細的規(guī)定，
受壓、受彎桿件強度穩(wěn)定性規(guī)范較為成熟，但是對單角鋼受壓構件的設計規(guī)定仍比較缺乏，條件假設過于簡化，因此不少研究學者從輸電塔結構的單角
鋼單面連接構件的強度、穩(wěn)定性、
半剛性以及連接節(jié)點等方面深入研究[3-6]，針對現(xiàn)有單角鋼受壓構件承載能力和連接節(jié)點設計
的研究進展情況，進行文獻研究進展對比分析，
闡述角鋼構件承載能力研究基礎，提出后繼角鋼構件承載力研究建議。
圖1等肢角鋼截面特性
1單角鋼受壓構件承載力研究進展在1744年，Eular 首次提出了關于彎曲屈曲模式的第一彈
性穩(wěn)定性問題。隨著鋼材的推廣使用，
出現(xiàn)細長桿件，根據(jù)不同桿端約束條件劃分的細長壓桿歐拉公式得以廣泛應用。十九世紀后期，Engesr F 提出了切線模量，后又提出雙模量理論。
1946年，Shanley F.R [3]建立屈服荷載和撓度的關系，
論證了雙模量荷載理論。
我國規(guī)范GB 50017[1]關于軸心受力桿件，規(guī)定強度計算方程：
（1）式中：N ———軸心拉力或思心壓力；A n ———凈截面面積；穩(wěn)定性計算方程：
（2）
式中：
軸心受壓桿件的穩(wěn)定系數(shù)。規(guī)范中，軸心受壓桿件穩(wěn)定系數(shù)由李開禧和肖余徽[7-8]通過
逆算單元長度法計算得到，并區(qū)分a 、b 、c 和d 等四類不同截面類型的柱子曲線。
2005年，康強文[9]通過有限元方法分析了單肢單面連接角鋼的彈塑性極限承載能力，其考慮了初始幾何缺陷和殘余應力等因素的影響，最大初始彎曲根據(jù)規(guī)定出廠條件取1/1000角鋼長
度，最大殘余應力則參考
（Kitipomchai &Lee 1986）取30%屈曲應力進行控制，角鋼截面殘余應力分布情況如圖2所示。根據(jù)有限元分析得出單面連接角鋼設計的穩(wěn)定性折減系數(shù)。
式中：為角鋼計算長細比圖2角鋼截面殘余應力分布
近十幾年，鋼結構穩(wěn)定性問題得到不斷的發(fā)展[10-11]，輸電塔
結構相關試驗和有限元研究不斷豐富[12-13]
。2009年，郝際平[14]等
人對鋼結構中等邊角鋼軸心受壓構件，
參照我國規(guī)范GB 50017和《美國輸電塔設計導則》ASCE 10-1997，推導了桿件寬厚比限值的計算公式。2011年，陳紹蕃[15]考慮屈曲相關性研究了塔架交
叉斜材的穩(wěn)定承載力。2020年，劉洪義、
李正良[16]等人通過真型塔實驗得到了一拉一壓受力狀態(tài)下拉壓比與交叉斜材極限承
載力的關系。
2角鋼構件連接節(jié)點設計研究進展
曹現(xiàn)雷，
郝際平[17-19]通過高強角鋼單邊連接壓桿承載力研究，得到大長細比屈曲荷載與美國規(guī)范對比，
設計值偏小。隨后
，n
N f A
N
f A
v
=0.9/i L
科研項目：重慶科技學院碩士研究生創(chuàng)新計劃項目（YKJCX1920602）。
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科學技術創(chuàng)新2021.01
在對高強單角鋼兩端偏心受壓構件的屈曲性能，分析可知構件繞平行于連接板的軸線發(fā)生彎曲變形。楊俊芬，戰(zhàn)宇皓[20]等人對角鋼節(jié)點力學性能研究，發(fā)現(xiàn)彈性和極限范圍內(nèi)緊固力矩僅對節(jié)點滑移階段影響顯著，節(jié)點后承載能力影響較小。2016年，楊垂瑋，孟憲橋[21]建立力學模型對架空輸電塔中單雙角鋼變換節(jié)點強度和穩(wěn)定理論分析，提出了節(jié)點傳遞荷載系數(shù)。程睿，孫必祥[22-23]試驗數(shù)據(jù)驗證了現(xiàn)行規(guī)范對單角鋼連接節(jié)點板承載能力的適用性。胡飛飛[24]等人采用侵入法模擬螺栓預緊，研究螺栓連接節(jié)點的半剛性。
3結論
綜上所述，我國對輸電塔角鋼構件及節(jié)點承載力研究仍有很多不完善之處，建議可從以下幾個方面進一步開展研究工作：
3.1深入單角鋼構件承載力理論和試驗研究，目前真型塔試驗結果任然較少，修正輸電塔角鋼穩(wěn)定承載力設計方法。
3.2考慮節(jié)點半剛性約束條件的強弱，統(tǒng)一規(guī)范力學模型，提升輸電塔結構設計實用性。
3.3從不同受力性能狀態(tài)的角鋼桿端約束著手，改善現(xiàn)有角鋼構件連接節(jié)點的匱乏問題，加強輸電塔結構局部和整體的穩(wěn)定性，避免強風擾動破壞。
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