摘要
本文对送电铁塔结构的类型、构造特点、荷载性质进行了介绍，对压杆的稳定理论和极限荷载理论计算方法进行了阐述。送电铁塔杆件单角钢压杆的极限承载力，是压杆稳定理论问题中极值点稳定问题，极值点失稳的理论计算属于非线性结构分析的范畴，很难用解析求解，通常用数值分析的方法求得数值解。本文用数值分析的方法，按《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL／T 5154-2002)定义的6种杆端边界条件，即：两端中心受压、一端中心另端偏心受压、两端偏心受压、一端有约束、两端有约束、两端无约束，应用ANSYS软件，对一端有约束、两端无约束和两端有约束边界条件下，初始弯曲、残余应力、初始偏心、安装误差、尺寸误差5种杆件缺陷分别对极限承载力的影响进行了有限元分析，求出了相应的极限承载力。
由计算知，截面的几何尺寸误差对单角钢压杆的极限承载力影响是最大的，但这恰恰是目前被国内设计规范(规定)所忽略的。
在两端无约束情况下，找出两种最不利的影响因素进行组合，算出相应的φ值曲线。根据已求得的极限承载力，采用Perry型公式，求公式参数α，并求出α=α(λ)，从而得到φ=φ(λ)。
一端有约束和两端有约束情况，通过修正长细比kλ得到φ。
经过比较，本文提出的φ值曲线与《钢结构设计规范》的差-2％～22％，与《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》的差-19.1％～4.8％，介于两个规范(规定)之间。
In this thesis, an introduction was made on the types and structural properties of power transmission steel towers. Specific loads acting on these structures were also discussed. Then the theory of stability and critical load calculation procedures were investigated. The actual ultimate compressive capacity of the angle irons in a transmission tower structure could be found through nonlinear structural analysis according to theory of compressive member stability. This problem can hardly be solved analytically. However, there are numerical methods to get the answer. In this thesis the critical loads for members with different structural considerations were calculated numerically with FEM software ANSYS. According to "Technical Specifications for Power Transmission Towers" (DL/T5154-2002), six types of load and boundary conditions were investigated, they were: perfectly centered compression at both ends, eccentricity at one end, eccentricity at both ends, rotation constrain at one end, both ends and none. Also
included in the analysis was the consideration of initial imperfection of the members, such as initial deflection, residual stress, imperfect centered loading, manufacture imperfection and workmanship.
It is concluded from the results that the geometrical imperfection of the cross section has most influence on the compression critical loads. However, this factor is not taken much into account in current Codes and Specifications.
For members free of rotation at both ends, two most weakening factors of the members were combined and the values calculated. By applying the critical loads to Perry formula, coefficient a was found as a function of slenderness ratio X . Then could also be represented as a function of λ(w=w (λ) ).
For the rotation constrained cases (constrained at one end or both ends), was obtained by the amendment of slenderness ratio as k λ .
The comparison of the results revealed that the curve of value obtained from the study showed about -2% ~ 22% discrepancy from the curve in the "Code for Design of Steel Structures" and -19.1% - 4.8% from "Technical Specifications for Power Transmission Towers". The final results lay between those indicated by the
two specifications.
引文
【1】《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL／T 5154-2002)，中华人民共和国电力行业标准，1989年
【2】《热扎等边角钢尺寸、外形、重量及允许偏差》(GB 9787-88)，中华人民共和国国家标准，1989年
【3】《输电线路铁塔制造技术条件》(GB／T 2694-2003)，中华人民共和国国家标准，1989年
【4】《钢结构工程施工及验收规范》(GB50205—95，4．5．3)，中华人民共和国国家标准，1989年
【5】《送电线路铁塔制图和构造规定》(DLGJ136—1997)，中华人民共和国国家标准，1989年
【6】《钢结构设计规范》，中华人民共和国国家标准，2003年
【7】《冷弯簿壁型钢结构技术规范》，中华人民共和国国家标准，2002年
【8】输电线塔设计导则，美国土木工程师协会结构分部输电结构委员会，1986年，水利电力部电力建设研究所译，1988年
【9】钢结构规范(GBJ17—88)，中华人民共和国国家标准，1989年
【10】钢结构工程施工及验收规范(GB50205—95)，中华人民共和国国家标准，1995年
【11】李国豪．桥梁结构稳定与振动．中国铁道出版社，1992
【12】陈骥．钢结构稳定理论与设计．科学出版社，2001年
【13】沈祖炎，胡学仁．单角钢压杆的稳定计算．同济大学学报，1982年，3期
【14】赵熙元．建筑钢结构设计手册．冶金工业出版社，1995年
【15】T. V. Galambos, Guide to stability design criteria for metal structures, John Wiley & Sons, Inc., 1998
【16】Adluri, S.M.R., and Madugula, M.K.S, Eccentrically load Steel Angle Struts, AISC Eng., J.,Vol.29, No.2, pp59-66,1992
【17】Elgaaly, M., Dagher, H., and Davids, W., Behavior of single angle compression members, ASCE, J.Struct. Eng., Dec., 1991
【18】Marsh, C, Single angle members in tension and compression, ASCE J. Struct. Div., Vol. 95,No. STS, p. 1043
【19】ANSYS Theory Reference, ANSYS, Inc., ANSYS5.7, 2001
【20】ANSYS Element Reference, ANSYS, Inc., ANSYS5.7, 2001
【21】Basic Analysis Procedures Guide, ANSYS, Inc., ANSYS5.7, 2001 洪锦如．桥梁结构计算力学．同济大学出版社，2001年
【22】Structural Analysis Guide, ANSYS, Inc., ANSYS5.7, 2001
【23】吕烈武等．钢结构构件稳定理论．中国建筑工业出版社，1983
【24】钟善桐．钢结构稳定设计．中国建筑工业出版社
【25】《钢结构设计规范》编制组．《钢结构设计规范》应用讲解．中国计划出版社
【26】《钢结构设计规范》编制组．《钢结构设计规范》专题指南．中国计划出版社
【27】电力工业部规划设计总院，送电线路铁塔制图和构造规定，1997
【28】Hammond, R., Engineering Structural Failures, Odhams Press. 1956
【29】Loomis, R. S. et al., Torsional Buckling Study of Hartford Coliseum, J. of the Struct. Div. ASCE,106,1980,pp.211～232
【30】Smith, E. A., Epstein, H. I., Lessons Learned from a Collapse Analysis of the Hartford Coliseum Roof, SSRC Proc. 1979,p.27
【31】Thompson, J.M.T. and Hunt. G. W., A General Theory of Elastic Stability, Wiley. 1973
【32】童根树．轴压杆偏心支撑的有效性及Hartford体育馆网架破坏原因分析．西安冶金建筑学院学报，22卷3期，1990，221～232
【33】Marguerre, K. "Technische Mechanik," Vol.2, Spring-Verlag, 1967
【34】Marguerre, K. "Neuere Festigkeitsprobleme des Ingenieurs," Chapter 6, Spring-Verlag, 1950
【35】陈绍蕃．钢结构设计原理．科学出版社，2001
【36】陈绍蕃．钢结构稳定设计的几个基本概念。建筑结构，1994，6，3～8页
【37】沈祖炎，陈扬骥，陈以一．钢结构基本原理．中国建筑工业出版社，2000
【38】(美)B．O．古兹马诺瓦奇，N．威廉斯著庄海涛，邵容光，严善宽，郭永琛译．人民交通出版社，1985
【39】日本土木工程手册．钢结构。中国铁道出版社，1983
【40】永毓栋，王志骞．钢结构稳定性原理．西安交通大学出版社，1991
【41】(美)J．J．康诺尔著．牟彪，陈科昌译．结构杆系分析．人民交通出版社，1986
【42】铁道部人事司，铁道部人才交流培训中心组织编写．桥梁工程．西南交通大学出版社，2000
【43】Simitses, G.J., An Introduction to the Elastic Stability of Structures, Prentice-Hall, 1973.
【44】Budiansky, B.ed., Buckling of Structures, Springer, 1976
【45】Croll, J.G.A., Walker, A.C., Elements of Structural Stability, MacMillan, 1973
【46】胡春农，黄剑源，曹治杰．钢结构设计的若干理论．中国铁道出版社，1984
【47】王肇民．桅杆结构．科学出版社，2001
【48】王肇民．塔桅结构．同济大学出版社，1989
【49】原北京工业建筑设计院金属结构室．塔桅钢结构设计．中国建筑工业出版社，1972
【50】丁皓江，何福保，谢贻权，徐兴．弹性和塑性力学中的有限单元法．机械
工业出版社
【51】陈精一，蔡国忠．电脑辅助工程分析ANSYS使用指南．中国铁道出版社，2001
【52】郑宏．钢构件非线性稳定．科学出版社，2002
【53】Thompson, J.M.T., "Basic Principles in the General Theory of Elastic Stability," Journal of the Mechanics and Physics of Solids, Vol. Ⅱ, p. 13, 1963
【54】Simitses, G.J., "An Introduction to the Elastic Stability of Structures," Prentice-Hall, Inc., 1976
【55】吴骁．简析美国线路铁道设计导则与我国铁塔设计技术规定．中国电力，1994年第5期，P58～61
【56】唐国安．输电线路铁塔带再分式X型斜材平面外方向承载力计算方法的探讨．电力建设，1998年第6期，P21～24
【57】李开禧，肖允徽，铙晓峰，崔佳，朱文．钢压杆的柱子曲线．重庆建筑工程学院学报，1985年第1期，P25～33
【58】(美)B．G．Johnston．金属结构稳定设计准则解说．中国铁道出版社，1981
【59】全国钢结构标准技术委员会．钢结构研究论文报告选集．全国钢结构标准技术委员会，1983
