15-组合角钢填板设计方法

1、钢结构的稳定性不容易保证，填板一般用于双角钢和双槽钢构件中，把两个角钢或槽钢联系起来，增强稳定性，一般填在双角钢或双槽钢的中间，所以叫填板组合角钢填板设计方法左元龙傅鹏程（华东电力设计院上海 200063）【摘要】本文提出了组合角钢杆件中的填板及其连接螺栓的计算和可提供使用的计算公式, 这种计算方法在现有的规程、规定中尚未列入，供从事铁塔设计者作参考应用。【关键词】剪力 填板 连接螺栓 组合角钢、常用断面在输电线路铁塔设计中，经常使用由二个或四个等边角钢组合而成的断面构 件，如图（1）所示： （:三种常月角钢绘舎新面生式对这种形式断面，通常是考虑在角钢之间架设填板用螺栓相连接，从而使之成为一个

2、实腹整体构件，设计计算时仍是按实腹杆件考虑。二、国家现行钢结构设计规范 GB 50017 2003中的有关规定在钢结构设计规范GB 50017 2003中的第5.1.5条中有相关规定，为了 便于表述，现将全条摘录如下：【用填板连接而成的双角钢或双槽钢构件， 可按实腹式构件进行计算，但填板间的距离不应超过下列数值:受压构件：40i受拉构件：80ii为截面回转半径，应按下列规定采用：1、当为图5.1.5a b所示的双角钢或双槽钢截面时，取一个角钢或一个槽钢E b/.D 计算截面目转半径时的軸线示意畐与填板平行的形心轴的回转半径；2、当为图5.1.5c所示的十字形截面时，取一个角钢的最小回转半径。受

3、压构件的两个侧向支承点之间的填板数不得少于两个。】对上述规定的解释:1、填板间距是明确的，但缺少四个角钢组成的+形十字断面的规定，参照匚 形十字断面，对 +断面也取角钢的最小轴即如图所示的轴线；2、填板数量：钢结构设计规范GB 50017- 2003中 规定在两个侧向支承点之间不得少于两个。要在一个计算长 度内放置两个填板。3、对二个角钢组成的匚十字形断面，我们的程序采用分开式填板，布 置在纵横两个方向上；对四个角钢组成的 +的十字形断面，填板采用在同一处 纵横两个方向各布置一块组成一对。4、填板和其连接螺栓的计算方法没有进一步的叙述，需设计人员自行研究 解决。5、图5.1.5a所示的双角钢截

4、面，我们的程序采用一个角钢最小轴的回转半、横向及纵向剪力的计算1、杆件所受的横向剪力根据钢结构设计规范GB 50017 2003条文说明第5.1.6条规定（第212页）：当杆件作为一个实腹体，受到轴向压力作用时，杆件绕虚轴（平行于填板） 方向发生挠曲变形而在端部产生剪力 V。从而在填板上，也就是在组合杆件的断 面中性层，产生一个剪力Qc,这就是填板及其连接螺栓所受的作用力， 如图（2） 所示：带（卍）籽件和填視上的酋力Vrx及OT端部剪力Vmax即7 = N v l2 (1- ) i；N = A*f*将v、N代入VV = 1.25X A fl上式中:ix 组合角钢虚轴回转半径;一组合角钢最小承

5、载力对应的压屈稳定系数；匚十字形断面对应于图（1）Z Z轴回转半径，厂T形断面对应于图（2） Z Z轴回转半径；A 断面的毛截面面积；f-钢材抗压强度设计值；I -组合角钢的计算长度；b-组合角钢的宽度加填板厚度；1.25 裕度系数（与主设人、主工商量确定）2、组合断面中性层上作用的纵向剪力计算公式Qc=It式中:t填板的厚度；V垂直于梁虚轴的横向剪力；C 填板的间距；S-梁中和轴处半个断面的面积矩;S=A* (zO+ 0.5t)zo:角钢形心距离I 梁作为实腹体时的整个断面的惯性矩：1 = 2*A （zo + 0.5t） 2+冈Ix = A x i；ix 单角钢平行轴的回转半径S、I 代入上

6、式，则 Qc 2 .（zo 0.駐）1 厲/（勺 0.5t）2（1 ）对大跨越工程：（Zo + 0.5t）改为 d，因为 d远大于 Zo，忽略Zo +0 5t J,则Qc VX C/2d即为常用的计算格构式断面填板的公式。（2）对图（1）所示三种常用的断面构件：因为（Zo+ 0.5t） ix，显然不0.5t) 本程序忽略0.5t，将S、I代入，则Qc22 z1 (ix/zJ 四、三种填板剪力和螺栓计算公式如下(1)对二个等边角钢组成的 厂T形断面，如图(3)所示: 填板本身不需要计算，只需要对连接螺栓进行计算。i 匚 IQ厂亠L图 m 1厂字形新面撲板上的剪力q=(2)对四个等边角钢组成的 +

7、形十字断面，如图(4)所示:填板在同一处纵横两个方向各布置一块组成一对， 填板本身不需要计算，只 需要对连接螺栓进行计算。(3) 对二个等边角钢组成的 匚形十字断面，如图(5)所示:Z Z为实轴，X X、W W为虚轴。一般此断面的稳定受控于 Z Z轴， 但是填板的承载力首先要能经受住按整体绕 X X或W W轴失稳要求所需要 的能力，在这个前提之下，然后有可能再对 Z Z轴进行核对。因为绕X X轴 的回转半径小于 W W轴的回转半径，因此现先对断面绕 X X轴失稳情况分 析填板的受力。填板采用纵横两个方向分开式各布置一块，螺栓和填板均要计算图（5） 丄断面填板上的剪力Q（绕X X轴失稳时，填板要

8、承载由失稳挠曲产生的纵向剪力Qc，扭矩MtQc=V C2 zo1 (ix/zo)2a）Mt:螺栓群形心的扭矩；Mt= Qc *至螺栓群形心的力臂。b） 螺栓群受力计算公式见钢结构设计手册（第三版）P66。C）填板受弯正应力：二=Qc （至螺栓群形心按老唐意见改力臂至螺栓群形心I 填板断面（双排螺栓 A1）扣孔后的惯性矩；h1 距填板形心较远的高度；A1螺栓准线见下表。d）填板剪应力：.=QC-SI tS-填板扣孔后的半个断面对形心的面积矩。五、二个等边角钢组成的 匚螺栓准线表（500kV利港三期锡东南 四 回路）螺栓间距按制图规定，螺栓准线见下表:简图螺栓数量四拼双拼缀板角钢号A1A2双拼四拼

9、10037744M20rinn .1-it 4 i11040801254595140451101605013018055150200651706M208M2010M20螺栓准线Ai、A2间距充分拉大以便螺栓群受力减小。六、计算示例1、做实验的二个等边角钢L200X 20H组成的匚十字形断面：不考虑1.25 裕度系数面积 A = 76.5X 2= 153.0cm?，填板 t= 16mm, Zo= 5.69cm, 1 = 4.5m (二等 分)iz = 7.72cm, ix = 8.92cm,单角钢 rx = 6.12cm, z= 450/7.72= 58.2, = 0.747,b = 200X

10、2+ 16= 416mm。横向剪力2V J 15300 295 2 门 -0.747 ) 89.2=30482 N4500 416纵向剪力Qc =186282N30482 150022 56.9 1(61.2/56.9)扭矩：Mt= 186282X (100+ 8) = 20118456Nmm；螺栓 4M24 X 2, A1= 70,A2 =130。螺栓：Tx = MtX 90/2X( 302 + 902 + 302X 2)= Mt/2402 2 2Ty= MtX 30/2X( 30 + 90 + 30 X 2)= Mt/7201T = MtXV(1 /240 f +(1 / 720 f =

11、88.361kN V 108.52kN (6.8 级)填板：填板扣孔后的形心y = 260 X 130-25.5X( 100+ 220) / (260-25.5X 2)= 122.68mm填板扣孔后的惯性矩:l = 16X 2603/12+16X 260X( 130122.68) 2-16X 25.5X (122.68- 100 2+(220 122.68)2372X 16X25.5 /12= 1.954X 10填板受弯正应力：20118456 (260 -122.68)7= 141.4MPa1.954 汉 10填板扣孔后的面积 S = 16X 122.68/2 - 16X 25.5X ( 1

12、22.68 - 100)=51.112X 105填板剪应力:5186282 1.112 101.954 10716=66.3MPa2、做实验的二个等边角钢L125X10H组成的匚十字形断面：不考虑1.25 裕度系数面积 A = 24.37X 2 = 48.74cm2;填板 t = 10mm, Zo = 3.45cm, l = 2.976m （三等分),iz = 4.85cm, ix = 5.52cm;单角钢 rx = 3.85cm,z= 297.6/4.85= 61.4,0.722, b= 125X 2+ 10 = 260mm。横向剪力 V =二 4874 310 111 0.722) 5.5

13、2 = 10387.5N2976 26010387.5 992纵向剪力Qc= = 66511 N2 34.51 +( 38.5/ 34.5)2扭矩：Mt = 66511X( 60+ 5)= 432315N-mm;螺栓 2M20 X 2, A1 = 50,A2 = 90。螺栓：Tx = MtX 25/2X( 252+ 202)= MT/82Ty= MtX 20/2X( 252+ 202)= MT/102.5T = MtX1/821/102.5 = 67.517kNv75.36kN (6.8 级)填板：填板扣孔后的惯性矩 I = 10X 11(f/12 10X 21.5X 252 16X25.53/12=59.67X 10432315 55.0填板受弯正应力：二5 = 24.60MPa9.67052填板扣孔后的面积矩S= 10X 55.0 /2 10X 21.5X 25= 9750665119750 小 i填板剪应力：.二5= 67.06MPa9.67 如05 如0七、总结1、 二个等边角钢组成的厂T字形断面和四个等边角钢组成的 +十字形 断面的组合杆件中，填板可按构造设计，连接螺栓需按计算设计，且填板的每端 与角钢连接的螺栓数量不能少于两个。2、二个等边角钢组成的匚的十字形断面中，填板及其连接螺栓均需要 计算设计，填板的每端与角钢连接的螺栓数量也不能少于两个。3、对二个等边的十字形