输电杆塔及基础设计：06、第六章 铁塔材料及其构件的计算.ppt

输电杆塔及基础设计,,,第六章铁塔材料及其构件的计算,第一节铁塔材料,一、钢材强度设计值,表62钢材、螺栓和锚栓的强度设计值N/mm2,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,x1,x1,x0,x0,x,x,y0,y0,t,t,b,b,r0,,r1,,Z0,1、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,图1,二、角钢的力学参数,等边角钢力学参数见附表11,一、轴心受力构件的强度计算,以截面屈服极限应力为极限状态建立计算公式为,1计算公式,,式中N轴心拉力或轴心压力设计值,N； An构件净截面积，mm2； m构件强度折减系数； f钢材强度设计值,N/mm2见表6-2,,第二节 铁塔构件计算,2构件净截面积An计算,(1)板材构件净截面积的计算,如图6-2板材构件连结，螺栓有并列和错列图6-2 板材构件的截面计算图 (a) 螺栓并列排列；(b) 螺栓错列排列,,An=A-nd0t,式中 A构件毛截面积； n同一截面螺栓孔的个数； d0螺栓孔直径； t构件厚度。

螺栓并列排列（如图61a）,螺栓错列排列（如图6-2b） 构件有两个危险截面AB、AC，计算中取净截面积较小者 AB的净截面积为： An=（a n1d0）t AC的净截面积为,,式中 a板材宽度； e螺栓孔线间距； S螺栓孔错列距离； n1、n2AB、AC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；,（2）角钢净截面积的计算 如图6-3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和减去肢厚a） (b) 图63角钢构件的截面计算图 (a) 螺栓并列排列；(b) 螺栓错列排列,螺栓并列排列（如6-3a） AnAnd0t 式中符号同前式 螺栓错列排列（如图6-3b） 构件有两个危险截面AB、AC，计算中取净截面积较小者两肢间螺栓孔中心距为e2g1+(g2t) AB的净截面积为： AnAn1d0t,AC的净截面积为：,,e1、e2、e3螺栓孔线距； S螺栓孔错列距离； t角钢厚度式中 B2倍角钢肢宽b减去角钢厚度； n1、n2AB、AC截面螺栓的个数； d0螺栓孔直径；,相邻两螺栓孔间的斜距产生的净宽度增 量合；,3构件强度折减系数m,折减系数m物理意义：修正连接构件轴向力不在同一轴线上（如图4）对材料强度的影响。

受拉构件： 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 m=0.85 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40mm） m=0.55,受压构件： 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 m=0.85 组合截面构件（无偏心） m=1.00 组合截面构件（有偏心） m=0.85,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N,N,图4,,,二、受压构件的稳定计算,式中N轴心压力设计值,N；,A构件截面毛截面积，mm2；,轴心受压构件稳定系数；,f钢材抗压强度设计值，N/mm2；,mN压杆稳定构件强度折减系数1、计算公式,2、轴心受压构件稳定系数,影响稳定系数的三个因素：,,(1)轴心受压构件截面分类，见附表12,（2）长细比,（3）构件材料,一般采用Q235、Q345、和Q390号钢,以上参数确定，查附表13得,3、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65）与厚度之比计算确定：,,,,,,,,,,,,,,,,b,r,t,,,,式中 b角钢翼缘板自由外伸宽度，mm；,t角钢肢厚、钢管壁厚，mm；,图65,宽厚比最小限值,,,,例61某铁塔塔身主材采用14010角钢，材料为Q235号钢，某段计算长度l0=2.5m，受设计轴向压力N=39.5kN，试验算构件的稳定性。

t+r0=10+14=24mm,,b/t(14024)/1011.6,,角钢肢边厚度t=10mm,内圆弧半径r0=14mm1、构件强度折减系数mN,取mN=1,2、受压构件稳定系数,查表62得Q235号钢强度设计值f215N/mm2,解：查附表111角钢得A27.37cm2, i0=2.78cm,查附表132， Q235号钢，b类截面，得,3、求,答构件安全,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式中 Mx、My绕x、轴和y轴弯矩设计值，N.mm；,Wx、Wy绕x、轴和y轴净截面抵抗矩,mm3；,f钢材抗弯强度设计值N/mm2；,mM受弯构件稳定强度折减系数角钢构件，mM=1.0四、压弯构件的强度计算,,式中符号与受、受弯相同如铁塔中的横材、横担的主材，由检修人员在构件上产生横向荷载，引起而弯矩，横材、横担主材也受轴向压力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一、焊接连接,1、焊缝的分类,焊接连接的连接件是焊缝焊缝分两种：对接焊缝,如图a,角焊缝，如图b,图64,(a),(b),正面角焊缝（端缝）：焊缝长度方向与力方向垂直 侧面角焊缝（侧缝）：焊缝长度方向与力的方向平 行 围焊缝：构件三面或四周均有焊缝的称为围焊缝,角焊缝按受力方向分为：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N,N,,端缝,,侧缝,,侧缝,图65,2、焊缝的计算,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,hf,hf,he,Lw,（1）端焊缝,焊缝如图64,图64,,（2）侧焊缝,,式中N 轴心拉力、压力或剪力N；,he角焊缝的有效厚度（如图64所示，由 于角焊缝横截面为等边直角三角形，可he取0.7hf），mm；,f正面焊缝（端缝）中的应力，N/mm2；,f侧面焊缝（侧缝）中的应力，N/mm2；,f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， f 1.22，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 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 的，因此乘以 1的系数）,,角焊缝的强度设计值，,Aw角焊缝面积（Aw=he*Lw），mm2。

3)节点为三围焊接时（角焊缝）,,肢背焊缝受力,,肢尖焊缝受力,先计算端缝,（4）节点为两面焊接时,肢背焊缝受力,,肢尖焊缝受力,,式中K1、K2为分配系数，按表65取值N轴心拉力、压力,二、螺栓连接,1、螺栓型及分类,（1）按螺栓强度分分两种：, 普通螺栓连接（铁塔多采用） 和高强度螺栓连接2）普通螺栓分为三种：, A级螺栓 B级螺栓 C级螺栓,A级、B级螺栓加工和安装精度较高，在铁塔中很少采用C级螺栓是采用Q235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， 被广泛应用于钢结构连接中3）按其受力性质分为：, 剪切螺栓连接（铁塔为此类） 受拉螺栓连接 受剪受拉螺栓连接,2、螺栓的计算,（1） 一个螺栓的承载力,一个螺栓受剪承载力设计值为,,一个螺栓挤压承载力设计值为,,式中,nv受剪面数目；（如图结构，nv2， 即2个剪切面）,,,,,,,,,,,,,,,,,,,nv=2,d螺栓直径，当剪切 面在螺纹处时，则取 螺栓的有效直径，mm；,图65,fvb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 最小厚度和，mm；,fcb螺栓连接的承压强度设计值，N/mm2。

2） 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 如图66，67所示，螺栓数目按下式计算：,图66,图67,,式中,N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 值中的较小值，,螺栓数目的计算,如果螺栓群沿受力方向的连接长度大于15d0时，应将螺栓承载力设计值乘以折减系数,,,（当大于60d0时，折减系数取0.7 d0为孔径构件的强度验算,由于螺栓孔消弱了构件的截面，因此在螺栓排 列好后还需要验算构件的净截面强度，即：,,式中,An构件的净截面面积，取图67中截面I-I 和截面II-II中的较小值（见轴心受力构件 的强度计算公式）；,f钢材的抗拉强度设计值，N/mm2第四节铁塔构件的计算长度及长细比,主材的计算长度,斜材计算长度表,。