摘要：相同条件下，铁塔杆件的屈曲承载力主要取决于稳定系数和宽厚比折减系数的取值，《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2012）与《格构式输电铁塔设计导则》（ASCE 10-97）相比多项设计参数计算趋于一致，但是受稳定系数和宽厚比折减系数计算方法仍存在较大不同，美国规范计算的角钢构件的屈曲承载力高于中国规范。本文拟对国内常用材质角钢构件采用两本规范计算屈曲承载力并进行对比分析。
关键词：屈曲；稳定系数；宽厚比；杆塔；角钢
Comparative Analysis on Bulking Strength of Single Angle in Transmission Linebetween American Standard and Chinese Code
Hao Xin, Mo Zenglu, Wang Wen, Xue Yuan, Zhang Zhuoqun
(State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute, Beijing, China, 100095)
Abstract: Under the same condition, bulking strength of single angle used in transmission line depends on stability coefficient and width to thickness ratio. Many parameters calculation methods in are the same between Chinese Code (DL/T 5154-2012) and American Standard (ASCE 10-97) except stability coefficient and width to thickness ratio. The bulking strength of single angle in ASCE 10-97 is higher than that in DL/T 5154-2012. The variation rule of bulking strength for different size angles with slenderness ratio will be studied and the conclusions could be adopted by engineers.
Keywords: bulking, stability coefficient, width to thickness ratio, tower, angle
0.引言
在中国“一带一路”战略方针的指引下，国内电力技术、装备不断走出国门，更多的工程设计者开展国际工程的铁塔设计。鉴于美国《格构式输电铁塔设计导则》（ASCE 10-97，以下简称ASCE 10）是一本世界范围内得到广泛认可的输电结构设计规范，很多国家都指定采用ASCE 10标准。而国内电力设计已发展了半个多世纪，从最初的《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》（SDJ3-76）规范不断修订完善，到现行《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》（DL/T 5154-2012，以下简称《技术规定》），国内的电力设计规范不断总结国内试验的经验教训，并汲取ASCE 10标准中的成果，现行规范《技术规定》在很大程度上与ASCE 10已经保持一致。
压杆的屈曲承载力是杆件承载力的重要组成部分，杆塔中大部分杆件是稳定控制，因而杆件稳定承载力对杆塔设计具有重大影响。《技术规定》中关于长细比修正系数“K”值取值方法已经于ASCE 10标准完全一致，因而影响杆件稳定承载力计算的主要区别在于稳定系数的计算方法和宽厚比强度折减系数的取值。
1.稳定系数
轴心压杆稳定系数是反应构件长细比对杆件屈曲承载力影响的重要参数，在《技术规定》中角钢构件稳定系数 按照 与0.215的关系确定的。而在ASCE 10中，并没有明确说明稳定系数，但是通过稳定系数的概念，可以将ASCE 10中稳定系数 表达。
1.1 长细比λ介于30~120之间稳定系数比较
当长细比λ介于30~120之间时，杆件两端偏心条件对稳定系数有较大影响，通过长细比修正系数K来反映，取值见下表：
稳定系数随着长细比增大而逐渐减小，构件两端偏心的影响随着长细比的增大而逐渐减下，在长细比趋于120时，构件两端偏心影响趋于零。但ASCE 10计算稳定系数普遍高于《技术规定》的结果，对于Q235材质角钢来说，ASCE 10与《技术规定》计算结果的比值4~34%，Q345材质角钢为5~26%，Q420材质角钢为6~22%
1.2 长细比λ介于120~200之间稳定系数比较
当长细比λ介于120~200之间时，杆件两端约束条件对稳定系数有较大影响，同样采用长细比修正系数K来反映，取值见下表λ：
随着长细比的增大，稳定系数逐渐减小，长细比越大，杆端约束对承载力的影响更加明显。ASCE 10的计算结果普遍高于《技术规定》，对于Q235材质角钢，比值介于34~16%之间，Q345材质角钢，26~13%，Q420材质角钢，22-11%，随着长细比增大，比值逐渐减小。
2 宽厚比折减系数
高强度，大肢宽、小肢厚的角钢构件有可能发生局部失稳先于整体失稳，因而对于超过限制的宽厚比角钢构件设计强度予以折减，以免受压构件发生局部失稳。
虽然《技术规定》与ASCE 10在宽厚比折减方法上相类似，但仍存在不同： ASCE 10将角钢宽厚比的影响基础界限长细比 限定在了一定范围内， 取值与钢材材质有关，因而对于确定材质的某个规格角钢，宽厚比折减系数是定值，而《技术规定》将宽厚比界限值与杆件长细比联系在一起，长细比的取值限制在[30-100]之间，对某种材质某个规格的角钢，宽厚比折减系数随长细比变化。
当λlim<λ<100时，《技术规定》对宽厚比的折减低于ASCE 10，而30<λ<λlim时，《技术规定》对宽厚比的折减高于ASCE 10，由于主材的长细比一般在40左右，因而对于大宽厚比主材角钢，美标的宽厚比折减严于《技术规定》，构件承载力取值较低。
3.中美规范角钢构件稳定承载力比较
由于《技术规定》采用的是钢材强度设计值，即屈服强度除以材料分项系数，而ASCE 10采用屈服强度设计值，为了排除材料强度取值不同的影响，中美规范均采用屈服强度标准值，规范中设计强度取值影响不予考虑。
3.1 杆端偏心对承载力的影响
对于不同材质的角钢，相同规格和长细比条件下，以工程常见的一端中心，一端偏心为例，ASCE 10的计算结果普遍比《技术规定》高9~34%之间，整体趋势上，长细比越大， 越大，即在大长细比条件下，中美规范稳定承载力差值较大。
3.2 杆端约束对承载力的影响
对于不同材质的角钢，相同规格和长细比条件下，以工程中常见的两端无约束为例，ASCE 10的计算结果普遍比《技术规定》高11~34%之间，材质越低，比值越大，长细比越大，比值越低，即随着长细比增大，中美规范差异逐渐减小。随着长细比 的增大， 逐渐减小，Q235角钢，从34%下降到16%，Q345角钢，从27%下降到13%，Q420角钢从23%下降到11%。
3.3 算例
以某工程直流耐张塔J1(42m呼高)为例，设计风速31m/s，导线采用4×JL1/G3A-1000/45，钢芯铝绞线。
外荷载完全相同，采用ASCE 10规范和《技术规定》分别计算，钢材的设计强度，ASCE 10采用最小屈服强度值，《技术规定》采用屈服强度设计值。从上表可以看出，在相同外荷载条件下，采用ASCE 10标准计算塔重比《技术规定》可以降低11%。
4 结论
在相同材质、角钢规格、长细比条件下，ASCE 10计算的杆件屈曲承载力高于中国规范。换言之，相同外荷载条件下，ASCE 10计算的塔重要轻于中国规范计算塔重。中国规范对中国钢材的设计更符合实际，但对于国际工程中采用ASCE 10标准和中国钢材设计时，钢材设计强度可采用屈服强度，主材余度宜在95%附近，杆端偏心控制构件余度宜在85-90%左右，杆端约束控制构件宜在90-95%左右。
参考文献
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[2]American Society of Civil Engineers. Design of Latticed Steel Transmission Structures（ASCE 10 10-97）[S]. Virginia. 1997
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[5]中华人民共和国国家标准. 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）
作者简介
郝鑫（1984.7.6），男，山东潍坊人，天津大学 硕士，工程师，单位：国核电力规划设计研究院有限公司，研究方向：输电线路铁塔设计与安全性分析， 邮编：100095。
论文作者:郝鑫,默增禄,王稳,薛园,张卓群
论文发表刊物:《电力设备》2017年第10期
论文发表时间:2017/8/4
标签：角钢论文; 系数论文; 承载力论文; 稳定论文; 宽厚论文; 构件论文; 技术论文; 《电力设备》2017年第10期论文;