输电铁塔材料及其构件的计算

1、输电杆塔及基础设计输电杆塔及基础设计主讲：陈祥和主讲：陈祥和第六章铁塔材料及其第六章铁塔材料及其构件的计算构件的计算第一节铁塔材料第一节铁塔材料一、钢材强度设计值一、钢材强度设计值表表62钢材、螺栓和锚栓的强度设计值钢材、螺栓和锚栓的强度设计值N/mm2x1x1x0 x0 xxy0y0ttbbr0r1Z01、角钢的几何尺寸b边肢宽t边肢厚A截面面积 2、角钢力学参数i回转半径(绕xx、y0y0、x0 x0轴)W截面抵抗矩Z0重心距离3、长细比0/li0l 计算长度图图1二、角钢的力学参数二、角钢的力学参数等边角钢力学参数见等边角钢力学参数见附表附表11一、轴心受力构件的强度计算一、轴心受力构件

2、的强度计算 以截面屈服极限应力为极限状态建立计算公式为以截面屈服极限应力为极限状态建立计算公式为1计算公式 nNfA m式中式中N轴心拉力或轴心压力设计值轴心拉力或轴心压力设计值,N； An构件净截面积，构件净截面积，mm2； m构件强度折减系数；构件强度折减系数； f钢材强度设计值钢材强度设计值,N/mm2。见。见表表6-2第二节第二节 铁塔构件计算铁塔构件计算 2构件净截面积构件净截面积An计算计算 (1)板材构件净截面积的计算板材构件净截面积的计算如图如图6-2板材构件连结，螺栓有并列和错列。板材构件连结，螺栓有并列和错列。 图图6-2 板材构件的截面计算图板材构件的截面计算图 (a)

3、螺栓并列排列；螺栓并列排列；(b) 螺栓错列排列螺栓错列排列An=A-nd0t 式中式中 A构件毛截面积；构件毛截面积； n同一截面螺栓孔的个数；同一截面螺栓孔的个数； d0螺栓孔直径；螺栓孔直径； t构件厚度。构件厚度。螺栓并列排列（如图螺栓并列排列（如图61a） 螺栓错列排列（如图螺栓错列排列（如图6-2b） 构件有两个危险截面构件有两个危险截面AB、AC，计算中取，计算中取净截面积较小者。净截面积较小者。 AB的净截面积为：的净截面积为： An=（a n1d0）t AC的净截面积为的净截面积为220()4nsAan dte式中式中 a板材宽度；板材宽度； e螺栓孔线间距；螺栓孔线间距；

4、S螺栓孔错列距离；螺栓孔错列距离； n1、n2AB、AC截面螺栓的个数；截面螺栓的个数；S2/4e相邻两螺栓孔间的斜距产生的净宽度增量；相邻两螺栓孔间的斜距产生的净宽度增量； （2）角钢净截面积的计算）角钢净截面积的计算 如图如图6-3所示为角钢构件的截面计算图。对角钢所示为角钢构件的截面计算图。对角钢可先将其展开，展开后的总宽度为其两肢宽度之可先将其展开，展开后的总宽度为其两肢宽度之和减去肢厚。和减去肢厚。 （a） (b) 图图63角钢构件的截面计算图角钢构件的截面计算图 (a) 螺栓并列排列；螺栓并列排列；(b) 螺栓错列排列螺栓错列排列 螺栓并列排列（如螺栓并列排列（如6-3a） AnA

5、nd0t 式中符号同前式式中符号同前式螺栓错列排列（如图螺栓错列排列（如图6-3b）构件有两个危险截面构件有两个危险截面AB、AC，计算中取净截，计算中取净截面积较小者。两肢间螺栓孔中心距为面积较小者。两肢间螺栓孔中心距为e2g1+(g2t) AB的净截面积为：的净截面积为： AnAn1d0t AC的净截面积为：的净截面积为：232014niisABn dte e1、e2、e3螺栓孔线距；螺栓孔线距； S螺栓孔错列距离；螺栓孔错列距离； t角钢厚度。角钢厚度。2314iiSe式中式中 B2倍角钢肢宽倍角钢肢宽b减去角钢厚度；减去角钢厚度； n1、n2AB、AC截面螺栓的个数；截面螺栓的个数；

6、d0螺栓孔直径；螺栓孔直径；相邻两螺栓孔间的斜距产生的净宽度增相邻两螺栓孔间的斜距产生的净宽度增 量合；量合；3构件强度折减系数构件强度折减系数m折减系数折减系数m物理意义：修正连接构件轴向力不在同一物理意义：修正连接构件轴向力不在同一轴线上（如图轴线上（如图4）对材料强度的影响。）对材料强度的影响。受拉构件：受拉构件： 双肢连接的角钢和中心连接钢管构件双肢连接的角钢和中心连接钢管构件 m=1.00 偏心连接的钢管构件偏心连接的钢管构件 m=0.85 单肢连接的角钢构件（肢宽单肢连接的角钢构件（肢宽40mm） m=0.70 单肢连接的角钢构件（肢宽单肢连接的角钢构件（肢宽40mm） m=0.5

7、5受压构件受压构件： 双肢连接的角钢和中心连接钢管构件双肢连接的角钢和中心连接钢管构件 m=1.00 单肢连接的角钢和偏心连接钢管构件单肢连接的角钢和偏心连接钢管构件 m=0.85 组合截面构件（无偏心）组合截面构件（无偏心） m=1.00 组合截面构件（有偏心）组合截面构件（有偏心） m=0.85NN图图4NNfmA二、受压构件的稳定计算二、受压构件的稳定计算式中式中N轴心压力设计值轴心压力设计值,N；A构件截面毛截面积，构件截面毛截面积，mm2； 轴心受压构件稳定系数；轴心受压构件稳定系数； f钢材抗压强度设计值，钢材抗压强度设计值，N/mm2；mN压杆稳定构件强度折减系数。压杆稳定构件强

8、度折减系数。1、计算公式、计算公式2、轴心受压构件稳定系数、轴心受压构件稳定系数0/li影响稳定系数的三个因素：影响稳定系数的三个因素：(1)轴心受压构件截面分类，见轴心受压构件截面分类，见附表附表12（2）长细比）长细比（3）构件材料）构件材料一般采用一般采用Q235、Q345、和、和Q390号钢号钢以上参数确定，查以上参数确定，查附表附表13得得3、压杆稳定强度折减系数、压杆稳定强度折减系数mN 角钢构件，根据翼缘板自由外伸宽度（如图角钢构件，根据翼缘板自由外伸宽度（如图65）与厚度之比计算确定：）与厚度之比计算确定：brtlim2021( )1bbttfN、当时取m2023632ffb、

9、当时tlim/1.6770.677( )Nb tmbt取式中式中 b角钢翼缘板自由外伸宽度，角钢翼缘板自由外伸宽度，mm； t角钢肢厚、钢管壁厚，角钢肢厚、钢管壁厚，mm；图图65lim( )bt宽厚比最小限值宽厚比最小限值0025089.92.78li 例例61某铁塔塔身主材采用某铁塔塔身主材采用140 10角钢，角钢，材料为材料为Q235号钢，某段计算长度号钢，某段计算长度l0=2.5m，受设计，受设计轴向压力轴向压力N=39.5kN，试验算构件的稳定性。，试验算构件的稳定性。t+r0=10+14=24mmb/t(14024)/1011.620220213.77215f角钢肢边厚度角钢肢边

10、厚度t=10mm,内圆弧半径内圆弧半径r0=14mm。1、构件强度折减系数、构件强度折减系数mN取取mN=12、受压构件稳定系数、受压构件稳定系数查查表表62得得Q235号钢强度设计值号钢强度设计值f215N/mm2解：查附解：查附表表111角钢得角钢得A27.37cm2, i0=2.78cm32239.5 1023.2/215/1 0.621 3737NNN mmN mmmA查查附表附表132， Q235号钢，号钢，b类截面类截面，得，得0.6213、求、求答构件安全答构件安全三、受弯构件的强度计算三、受弯构件的强度计算 受弯构件的强度计算按以下公式计算。受弯构件的强度计算按以下公式计算。

11、yxMxMyMMfm Wm W式中式中 Mx、My绕绕x、轴和、轴和y轴弯矩设计值，轴弯矩设计值，N.mm；Wx、Wy绕绕x、轴和、轴和y轴净截面抵抗矩轴净截面抵抗矩,mm3；f钢材抗弯强度设计值钢材抗弯强度设计值N/mm2；mM受弯构件稳定强度折减系数。受弯构件稳定强度折减系数。角钢构件，角钢构件，mM=1.0。四、压弯构件的强度计算四、压弯构件的强度计算NMNMfmAm W式中符号与受、受弯相同。式中符号与受、受弯相同。如铁塔中的横材、横担的主材，由检修人员如铁塔中的横材、横担的主材，由检修人员在构件上产生横向荷载，引起而弯矩，横材、横在构件上产生横向荷载，引起而弯矩，横材、横担主材也受轴

12、向压力。担主材也受轴向压力。第三节铁塔节点连接计算第三节铁塔节点连接计算 铁塔节点连接一般采用焊接连接或螺栓连接。铁塔节点连接一般采用焊接连接或螺栓连接。 一、焊接连接一、焊接连接1、焊缝的分类、焊缝的分类焊接连接的连接件是焊缝。焊接连接的连接件是焊缝。焊缝分两种：焊缝分两种：对接焊缝对接焊缝,如图如图a角焊缝，如图角焊缝，如图b图图64(a)(b)正面角焊缝正面角焊缝（端缝）：（端缝）：焊缝长度方向与力方向垂直焊缝长度方向与力方向垂直侧面角焊缝侧面角焊缝（侧缝）：（侧缝）：焊缝长度方向与力的方向平焊缝长度方向与力的方向平 行行围焊缝：围焊缝：构件三面或四周均有焊缝的称为围焊缝构件三面或四周均

13、有焊缝的称为围焊缝角焊缝按受力方向分为：角焊缝按受力方向分为：NN端缝端缝侧缝侧缝侧缝侧缝图图652、焊缝的计算、焊缝的计算hfhfheLw（1）端焊缝）端焊缝焊缝如图焊缝如图64图图64wftwweffANlhN（2）侧焊缝）侧焊缝wfwweffANlhN式中式中N 轴心拉力、压力或剪力轴心拉力、压力或剪力N；he角焊缝的有效厚度（如图角焊缝的有效厚度（如图64所示，由所示，由 于角焊缝横截面为等边直角三角形，可于角焊缝横截面为等边直角三角形，可he取取0.7hf），），mm；f正面焊缝（端缝）中的应力，正面焊缝（端缝）中的应力，N/mm2； f侧面焊缝（侧缝）中的应力，侧面焊缝（侧缝）中的

14、应力，N/mm2；f正面角焊缝的强度计算值增大系数，对承正面角焊缝的强度计算值增大系数，对承 受静力荷载和间接承受动力荷载的结构，受静力荷载和间接承受动力荷载的结构， f 1.22，对直接承受动力荷载的结构，对直接承受动力荷载的结构， f 1.0；（注：有效截面的强度是以焊；（注：有效截面的强度是以焊 缝剪切强度为破坏准则，端焊缝受力方向缝剪切强度为破坏准则，端焊缝受力方向 不在有效截面方向，这对焊缝强度是有利不在有效截面方向，这对焊缝强度是有利 的，因此乘以的，因此乘以 1的系数）的系数）wff角焊缝的强度设计值，角焊缝的强度设计值，Aw角焊缝面积（角焊缝面积（Aw=he*Lw），），mm2

15、。(3)节点为三围焊接时（角焊缝）节点为三围焊接时（角焊缝）33wte wfNh lf端缝肢背焊缝受力肢背焊缝受力 3112NNK N肢尖焊缝受力肢尖焊缝受力 3222NNK N先计算端缝先计算端缝（4）节点为两面焊接时）节点为两面焊接时肢背焊缝受力肢背焊缝受力 NKN11肢尖焊缝受力肢尖焊缝受力 NKN22式中式中K1、K2为分配系数，按表为分配系数，按表65取值。取值。N轴心拉力、压力轴心拉力、压力二、螺栓连接二、螺栓连接1、螺栓型及分类、螺栓型及分类（1）按螺栓强度分分两种：）按螺栓强度分分两种： 普通螺栓连接（铁塔多采用）普通螺栓连接（铁塔多采用） 和高强度螺栓连接。和高强度螺栓连接。

16、（2）普通螺栓分为三种：）普通螺栓分为三种： A级螺栓级螺栓 B级螺栓级螺栓 C级螺栓级螺栓A级、级、B级螺栓加工和安装精度较高，在铁塔级螺栓加工和安装精度较高，在铁塔中很少采用。中很少采用。C级螺栓是采用级螺栓是采用Q235圆钢辊压而成，表面较粗圆钢辊压而成，表面较粗糙尺寸精度不高，对螺孔的要求也较低，容易装拆，糙尺寸精度不高，对螺孔的要求也较低，容易装拆，被广泛应用于钢结构连接中。被广泛应用于钢结构连接中。 （3）按其受力性质分为：）按其受力性质分为： 剪切螺栓连接（铁塔为此类）剪切螺栓连接（铁塔为此类） 受拉螺栓连接受拉螺栓连接 受剪受拉螺栓连接受剪受拉螺栓连接2、螺栓的计算、螺栓的计算

17、 （1） 一个螺栓的承载力一个螺栓的承载力一个螺栓受剪承载力设计值为一个螺栓受剪承载力设计值为bvvbvfdnN42一个螺栓挤压承载力设计值为一个螺栓挤压承载力设计值为bbccNdt f式中式中 nv受剪面数目；（如图结构，受剪面数目；（如图结构，nv2， 即即2个剪切面）个剪切面）nv=2d螺栓直径，当剪切螺栓直径，当剪切 面在螺纹处时，则取面在螺纹处时，则取 螺栓的有效直径，螺栓的有效直径，mm；图图65fvb螺栓连接的抗剪强度设计值，螺栓连接的抗剪强度设计值，N/mm2；t取同一受力方向承压构件厚度和的取同一受力方向承压构件厚度和的最小厚度和，最小厚度和，mm； fcb螺栓连接的承压强度

18、设计值，螺栓连接的承压强度设计值，N/mm2。（2） 受剪螺栓群的计算受剪螺栓群的计算 当螺栓数目较多时，在节点上可采用多排布置当螺栓数目较多时，在节点上可采用多排布置如图如图66，67所示，螺栓数目按下式计算：所示，螺栓数目按下式计算：图图66图图67bNNnmin式中式中 N作用在构件上的设计轴向力，作用在构件上的设计轴向力，N ； Nbmin取按公式计算所得的螺栓承载力设计取按公式计算所得的螺栓承载力设计值中的较小值，值中的较小值， 螺栓数目的计算螺栓数目的计算 如果螺栓群沿受力方向的连接长度大于如果螺栓群沿受力方向的连接长度大于15d0时，时，应将螺栓承载力设计值乘以折减系数应将螺栓承载力设计值乘以折减系数 01.1150ldl（当大于（当大于60d0时，折减系数取时，折减系数取0.7。 d0为孔径。）