输电塔高强双拼角钢主材绕虚轴弯曲失稳时轴向受压承载力研究

Results from experiments and numerical models all show that: when the bending collapse about the visual axis of the compressing dual-angles members occurs, the compressing capacity by the codes is obviously on the unsafe side, especially when the high-strength steel is used. To solve this problem, firstly, at the elastic linear stage, based on the assumptions different from the plain web column and common built-up column, the equivalent shear and rotational rigidity are derived, and the formula to calculate the slenderness ratio is achieved when the member bends about its visual axis. Then, the modes of the local and global imperfections of the dual-angle member are determined, and the distance of the bolt slippage is equivalent to the initial deflection described by a sinusoidal curve. finally, at the nonlinear stage, the interaction of the global collapse and the local collapse is investigated, and the equation to calculate its compressing capacity is derived. This project is determined to give a concise and accurate equation to calculate the compressing capacity of the dual-angle members when the bending collapse about its visual axis occurs, which provides a reliable basis for designing and studying the transmission tower of this type.

已有的试验数据和仿真结果均表明：当输电塔双拼角钢组合式受压主材发生绕虚轴的弯曲失稳破坏时，根据各国钢结构设计规范计算的轴向承载力明显偏于不安全，特别在使用高强钢的情况下。为此，首先，在线弹性阶段采用不同于普通格构柱和普通实腹柱的假设条件，计算该构件的等效剪切刚度和转动刚度，推导该构件发生绕虚轴弯曲屈曲时的长细比计算公式；然后，研究双拼角钢主材的分肢屈曲和整体屈曲缺陷分布模式，并将螺栓滑移产生的距离等效为正弦分布初弯曲缺陷；最后，在非线性阶段，在整体缺陷和分肢缺陷存在的条件下，研究该主材整体屈曲和分肢屈曲的相互影响并推导它的轴向承载力公式。该项目旨在给出简洁、准确的双拼角钢组合式主材绕虚轴弯曲失稳时的承载力公式，为设计研究该类型输电塔提供可靠的依据。

已有的试验数据和仿真结果均表明：当输电塔双拼角钢组合式受压主材发生绕虚轴的弯曲失稳破坏时，根据各国钢结构设计规范计算的轴向承载力明显偏于不安全，特别在使用高强钢的情况下。本项目对此展开了深入研究，主要研究内容和研究成果如下：.1）根据位移法，将双拼角钢一个结构单元视为一个由梁单元组成的框架，研究了了该框架在剪力作用下的变形特点。结果表明，①和实腹柱不同，双拼角钢的剪切刚度并非无穷大；②和普通缀板柱不同，双拼角钢中分肢角钢的反弯点不在中心。据此，推导了双拼角钢绕虚轴失稳时的长细比计算公式。以有限元模型的计算结果为依据，检验了该方法的计算精度。.2）采用盲孔法得到了每个试件纵向残余应力的数值大小和分布范围，考虑到残余应力试验数据离散性较大，然后采用方差分析研究了角钢的肢边缘与肢背处残余应力分布及试件宽厚比、强度等级对残余应力系数的影响。分析结果表明：角钢各肢的残余应力分布关于肢中心对称，角钢的肢边与肢背处残余压应力大致相等；试件宽厚比和强度等级对残余应力系数没有显著影响，进而给出了描述试验结果的残余应力分布模式和建议峰值。针对构件的螺栓滑移过程，给出了螺栓滑移的曲线和螺栓滑移对承载力影响的模拟方法。.3）首先针对11根双拼角钢进行了轴压试验，分析结果表明：①所有构件在加载过程均未出现螺栓滑移的现象；②当双拼角钢的两个支撑点之间仅有一个填板时或分肢长细比大于40倍的分肢角钢回转半径时，试件均表现出了良好的承载能力；③按缀板式构件计算小宽厚比短角钢双拼角钢构件的长细比并按B类柱子曲线确定它的稳定系数比较合理。.4）设计了一个双拼角钢塔架，利用液压缸带动加载绳完成了该输电塔的静载破坏性试验，并记录了加载过程中塔架主材各横截面应变的变化。然后，根据主材的应变得到了该输电塔在破坏时的弯矩和轴力，并和现有设计准则进行了对比。结果表明，按压弯构件计算得到验算应力与主材的实测屈服强度最为接近。