چکیده

اعضای فولاد تک زاویه ای اجزای اساسی در برج های انتقال برق هستند, تحمل بارهای فشاری قابل توجهی به دلیل تقاضای ساختاری خطوط انتقال ولتاژ بالا و فوق العاده بالا. ظرفیت بارگذاری بار فشاری نهایی این اعضا برای اطمینان از پایداری و ایمنی برج در شرایط مختلف بارگذاری بسیار مهم است, از جمله باد, یخ, و نیروهای لرزه ای. در این مقاله یک تحلیل جامع از تحقیق در مورد ظرفیت فشاری نهایی فولاد تک زاویه ای ارائه شده است, تمرکز روی خصوصیات مواد, رفتار کمتری, و مطالعات تجربی و عددی. از طریق جداول مقایسه ای, ما عملکرد نمرات مختلف فولادی را ارزیابی می کنیم, تنظیمات مقطعی, و پارامترهای طراحی, مانند نسبت باریک و غیر عادی. مطالعات اخیر, از جمله تست های برج از نوع واقعی و تجزیه و تحلیل عناصر محدود, برای برجسته کردن پیشرفت در درک حالت های کمانش و مکانیسم های خرابی مورد بررسی قرار گرفته اند. این تجزیه و تحلیل با هدف هدایت مهندسین و محققان در بهینه سازی طراحی اعضای فولاد زاویه ای برای افزایش ظرفیت بارگذاری بار و راندمان ساختاری در برج های انتقال.

1. مقدمه

برج های انتقال برق اجزای زیرساختی مهمی هستند که از خطوط ولتاژ ولتاژ بالا و بسیار بالا پشتیبانی می کنند, امکان انتقال کارآمد برق در مسافت های وسیع. اعضای فولاد تک زاویه ای, به طور معمول L شکل در مقطع, به دلیل نسبت قدرت به وزن زیاد در این برج ها مورد استفاده قرار می گیرند, سهولت ساختگی, و تطبیق پذیری در تنظیمات ساختاری. با این حال, این اعضا در درجه اول در معرض بارهای فشاری قرار می گیرند, تبدیل ظرفیت بارگذاری نهایی آنها به یک در نظر گرفتن طراحی کلیدی. حالت های شکست مانند کمانش محلی, کمانش جهانی, و بازده مواد می تواند ظرفیت فولاد زاویه را به میزان قابل توجهی کاهش دهد, خطرات برای ثبات برج.

تقاضای روزافزون برای برجهای بلندتر و سنگین تر, هدایت شده توسط ولتاژ فوق العاده بالا (UHV) سیستم هایی مانند 1000 خط KV Tin-Meng-Shadong, نیاز به تحقیقات پیشرفته در مورد رفتار فشاری فولاد زاویه ای دارد. مطالعات اخیر, مانند تست های برج واقعی و شبیه سازی های عددی, روی بهینه سازی انتخاب مواد متمرکز شده اند, طراحی مقطعی, و جزئیات اتصال برای افزایش ظرفیت بارگذاری. این مقاله این یافته ها را سنتز می کند, ارائه تجزیه و تحلیل دقیق از عوامل مؤثر در ظرفیت فشاری نهایی فولاد تک زاویه, از جمله خصوصیات مواد, لاغر, و شرایط مرزی. جداول مقایسه ای و تجزیه و تحلیل پارامترها برای ارائه یک چارچوب قوی برای درک تحقیقات فعلی و هدایت تحولات آینده ارائه شده است.

[](https://html.rhhz.net/nmgdljs/20150509.htm)

2. خصوصیات مواد و پارامترهای طراحی

ظرفیت فشاری فولاد تک زاویه ای به خصوصیات ماده و خصوصیات هندسی آن بستگی دارد. نمرات متداول فولاد مورد استفاده در برج های انتقال شامل Q235 است, Q345, و Q420, با نمرات با مقاومت بالاتر مانند Q460 و فولادهای با استحکام بالا (AHSS) به دست آوردن کشش برای برنامه های UHV. این مواد بر اساس قدرت عملکرد آنها انتخاب می شوند, استحکام کششی, انعطاف پذیری, و قابلیت جوشکاری.

2.1 خصوصیات اصلی مواد

خصوصیات اصلی مواد مؤثر بر ظرفیت فشاری شامل می شود:

• قدرت عملکرد (f_y): استرس که در آن تغییر شکل پلاستیک آغاز می شود, برای مقاومت در برابر کمانش و بازده بسیار مهم است.
• استحکام کششی (f_u): حداکثر استرس قبل از شکستگی, نشانگر ظرفیت نهایی مواد.
• مدول (E): سفتی مواد, تأثیرگذاری بر رفتار کمانش الاستیک.
• شکل پذیری: توانایی تغییر شکل پلاستیکی, برای جذب انرژی در بارهای پویا ضروری است.

2.2 پارامترهای طراحی

پارامترهای طراحی کلیدی شامل:

• نسبت لاغری (λ = l/r): نسبت طول مؤثر (L) به شعاع غرق شدن (حرف), حاکم بر کمانش جهانی.
• سطح مقطعی (A): ظرفیت بار محوری را تعیین می کند.
• بی نظمی (الکترونیکی): بارگیری خارج از مرکز به دلیل جزئیات اتصال, القای لحظه های خمش اضافی.
• شرایط مرزی: ثابت, بریده شده, یا انتهای جزئی محدود شده بر حالت های کمانش تأثیر می گذارد.

2.3 مقایسه نمرات فولادی

جدول 1 خصوصیات مکانیکی نمرات فولادی مشترک مورد استفاده در فولاد تک زاویه ای را برای برج های انتقال مقایسه می کند.

منبع: اقتباس از GB/T 700-2006 و GB/T 1591-2018 استانداردهای

3. رفتار کمانش و حالت های شکست

ظرفیت فشاری نهایی فولاد تک زاویه در درجه اول با کمرنگ محدود است, که می تواند در محلی رخ دهد, جهانی, یا حالت های پیچشی خمشی. حالت کمانش به نسبت باریک بودن بستگی دارد, هندسه مقطعی, و شرایط بارگذاری.

3.1 کمانش محلی

کمانش محلی در فلنج ها یا وب بخش زاویه هنگامی که نسبت عرض به ضخامت رخ می دهد رخ می دهد (b/t) زیاد است. این حالت در بخش های نازک دیواره شیوع دارد و می تواند ظرفیت را به میزان قابل توجهی کاهش دهد. مطالعات در مورد فولاد زاویه بخش بزرگ Q420 (به عنوان مثال،, L200x20) نشان داده اند که کمانش محلی در فشارهای زیر قدرت عملکرد آغاز می شود, به طرح های بخش جمع و جور نیاز دارد.

[](HTTP://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?نوع = مشاهده&شناسه = 202405011)

3.2 کمانش جهانی

کمانش جهانی, یا کمانش اویلر, در اعضای باریک با نسبت باریک بودن زیاد رخ می دهد (سعادت > 80). بار کمانش بحرانی (p_cr) توسط:

p_cr = π²i / (kL)²

که در آن مدول جوان است, من لحظه اینرسی هستم, k عامل طول مؤثر است, و L طول عضو است. برای فولاد تک زاویه, محور ضعیف (به طور معمول محور Z-Z) به دلیل مقطع نامتقارن حاکم بر کمانش جهانی است.

3.3 کمانش خمشی انعطاف پذیر

کمانش خمشی خمشی به دلیل بارگذاری خارج از مرکز در اتصالات پیچ خورده ، در فولاد تک زاویه ای متداول است, که باعث خم شدن و پیچ خوردگی ترکیبی می شود. مطالعه ای در مورد فولاد زاویه Q345 (L125x10) نشان داد که خارج از مرکز خطر این حالت را افزایش می دهد, کاهش ظرفیت تا 20% در مقایسه با بارگذاری متمرکز.

[](https://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)

3.4 مقایسه ظرفیت های کمانش

جدول 2 ظرفیت های فشاری نهایی اعضای فولاد تک زاویه ای را با مقطع مختلف و نمرات فولادی مقایسه می کند, بر اساس داده های تجربی و عددی.

منبع: گردآوری شده از مطالعات آزمایشی و تجزیه و تحلیل عناصر محدود

[](HTTP://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?نوع = مشاهده&شناسه = 202405011)

4. مطالعات تجربی و عددی

تحقیقات اخیر از آزمایش های تجربی و شبیه سازی های عددی برای بررسی ظرفیت فشاری فولاد تک زاویه ای در برج های انتقال استفاده کرده است. این مطالعات بینش ارزشمندی در مورد رفتار کمرنگ ارائه می دهد, توزیع بار, و بهینه سازی طراحی.

4.1 تست های برج از نوع واقعی

تست های برج از نوع واقعی شامل مدل های برج کامل یا مقیاس شده در معرض بارهای طراحی برای اعتبارسنجی محاسبات نظری است. یک مثال قابل توجه ، تست نوع واقعی برج ZBC30105BL برای قلع-meng-shandong است 1000 kv uhv line. برج, ساخته شده با فولاد تک و دو زاویه Q345B, تحت شرایط مختلف بار مورد آزمایش قرار گرفت, از جمله باد (30 خانم) و یخ (10 میلی متر). نتایج نشان داد که ظرفیت فشاری اندازه گیری شده اعضای زاویه تک (به عنوان مثال،, L160x12) در داخل بود 5% از ارزشهای نظری, تأیید قابلیت اطمینان استانداردهای طراحی مانند DL/T 5154-2002.

[](https://html.rhhz.net/nmgdljs/20150509.htm)

4.2 تحلیل المان محدود

تحلیل عنصر محدود (FEA) استفاده از نرم افزاری مانند ANSYS و ABAQUS به طور گسترده ای برای مدل سازی رفتار کمانش فولاد زاویه ای استفاده شده است. مطالعه ای در مورد فولاد زاویه Q420 (l200x16) تحت فشرده سازی خارج از مرکز نشان داد که FEA به طور دقیق شروع کار و ظرفیت کمانش محلی و ظرفیت نهایی را پیش بینی کرده است, با خطاهای کمتر از 10% در مقایسه با نتایج تجربی. این مطالعه همچنین یک فرمول نسبت باریک تغییر یافته را برای اعضای محور موازی توصیه کرده است تا اثرات اتصال را به خود اختصاص دهد.

[](https://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)[](HTTP://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?نوع = مشاهده&شناسه = 202405011)

4.3 مقایسه نتایج تجربی و عددی

جدول 3 ظرفیت های فشاری نهایی را از تست های آزمایشی و FEA برای اعضای فولاد با زاویه انتخاب شده مقایسه می کند.

منبع: گردآوری شده از تست های نوع واقعی و مطالعات FEA

[](https://html.rhhz.net/nmgdljs/20150509.htm)[](HTTP://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?نوع = مشاهده&شناسه = 202405011)

5. استانداردها و توصیه های طراحی

استانداردهای طراحی چینی, مانند DL/T 5154-2002 و DL/T 5219-2023, دستورالعمل هایی را برای محاسبه ظرفیت فشاری فولاد زاویه ای در برج های انتقال ارائه دهید. این استانداردها برای حالت های کمانش حساب می کنند, بی نظمی, و جزئیات اتصال.

[](https://www.cepds.com/u/cms/www/202112/031412127pyd.pdf)[](https://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)

توصیه های کلیدی شامل:

• محدودیت نسبت باریک: مانتین λ < 120 برای اعضای اصلی برای جلوگیری از کم کاری جهانی.
• ملاحظه: از فرمول های طراحی اصلاح شده استفاده کنید تا بارگذاری خارج از مرکز در اتصالات پیچ خورده حساب کنید.
• بخش فشرده سازی: اطمینان حاصل کنید که نسبت های B/T معیارهای بخش جمع و جور را برای به حداقل رساندن کمانش محلی رعایت کنید.
• انتخاب مواد: برای دستیابی به ظرفیت های بالاتر با کاهش مقطعی از Q420 یا Q460 برای برج های UHV استفاده کنید.

یک مطالعه در مورد اجزای برج معمولی ، فرمول نسبت باریک بودن اصلاح شده را برای اعضای محور موازی برای بهبود پیش بینی ظرفیت توصیه می کند, به خصوص برای نسبت های باریک بودن بالا.

[](https://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)

6. نوآوری ها و برنامه های اخیر

تحقیقات اخیر رویکردهای نوآورانه را برای تقویت ظرفیت فشاری فولاد تک زاویه مورد بررسی قرار داده است. مثلا, مطالعه ای در مورد فولاد زاویه زاویه بزرگ Q420 برای برج های UHV در مورد حالت ها و مکانیسم های کمانش بررسی شده است, پیشنهاد طرح های مقطعی بهینه شده برای تأخیر در کمانش محلی. یک مطالعه دیگر استفاده از فولاد هوازدگی برای برج های انتقال را مورد بررسی قرار داد, که مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته و ظرفیت طولانی مدت بالقوه بالاتر در محیط های سخت را ارائه می دهد.

[](HTTP://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?نوع = مشاهده&شناسه = 202405011)[](https://www.corrdata.org.cn/dhtjdaohang/fhjs/jishuyingyong/2019-07-18/174610.html)

استفاده از فولاد هوازدگی با سرد در تست های برج از نوع واقعی ، ظرفیت های فشاری قابل مقایسه با فولاد Q345 گرم را نشان داد, با مزایای دوام اضافه شده. علاوه بر این, تحقیقات در مورد تقویت فولاد کانال موازی برای اعضای زاویه نشان داد 30% افزایش ظرفیت فشاری, ارائه راه حل مقاوم سازی برای برج های پیری.

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?index = cgk_journal&نوع = دستاورد&id = cjfdlast2016_gyjz201608001)[](https://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.016?ViewType = HTML)

7. بحث و دستورالعمل های آینده

تحقیق در مورد ظرفیت فشاری نهایی فولاد تک زاویه ای ، گام های قابل توجهی برداشته است, به خصوص در زمینه برج های انتقال UHV. تست های نوع واقعی و FEA رویکردهای طراحی را تأیید کرده اند, در حالی که فولادهای با استحکام بالا مانند Q420 و Q460 طرح های برج سبک تر و کارآمدتری را فعال کرده اند. با این حال, چالش ها باقی مانده است, از جمله پیچیدگی مدل سازی بارگذاری خارج از مرکز, هزینه مواد با استحکام بالا, و تأثیر خوردگی بر ظرفیت بلند مدت.

تحقیقات آینده باید روی آن متمرکز شود:

• توسعه فولادهای با مقاومت بالا با مقاومت بالا با مقاومت در برابر خوردگی بهبود یافته.
• پیشبرد مدل های FEA برای پیش بینی بهتر کمانش های پیچشی انعطاف پذیر تحت بارگذاری پیچیده.
• کاوش در تنظیمات ترکیبی, مانند فولاد زاویه ای با تقویت کننده های کامپوزیت, برای افزایش ظرفیت.
• ادغام دوقلوهای دیجیتال و یادگیری ماشین برای پیش بینی رفتار کمرنگ و بهینه سازی طرح ها.

علاوه بر این, هماهنگ سازی استانداردهای طراحی بین المللی و چینی می تواند اتخاذ جهانی طرح های پیشرفته فولاد زاویه ای را تسهیل کند, بهبود ایمنی و کارآیی برج های انتقال در سراسر جهان.

منابع

1. تحقیقات و کاربرد برج فولادی: رفتار خوردگی در محیط های مختلف جوی. www.corrdata.org.cn

[](https://www.corrdata.org.cn/dhtjdaohang/fhjs/jishuyingyong/2019-07-18/174610.html)

2. تجزیه و تحلیل تست نوع واقعی از برج ZBC30105BL برای قلع-meng-shandong 1000 خط انتقال KV UHV. html.rhhz.net

[](https://html.rhhz.net/nmgdljs/20150509.htm)

3. مطالعه در مورد ظرفیت بارگذاری فولاد زاویه ای با تقویت کانال موازی. www.energychina.press

[](https://www.energychina.press/cn/article/doi/10.16516/j.gedi.issn2095-8676.2023.02.016?ViewType = HTML)

4. مطالعه تجربی در مورد ظرفیت بارگذاری مؤلفه برج معمولی. www.cepc.com.cn

[](https://www.cepc.com.cn/cn/y2004/v25/i4/23)

5. تجزیه و تحلیل تجربی و نظری تقویت فولاد زاویه ای در برج های انتقال. jace.chd.edu.cn

[](HTTP://jace.chd.edu.cn/oa/darticle.aspx?نوع = مشاهده&شناسه = 202405011)

6. مطالعه آزمایشی از نوع واقعی در مورد هوازدگی برج های انتقال فولاد سرد. www.lwinst.com

[](https://www.lwinst.com/liems/web/result/detail.htm?index = cgk_journal&نوع = دستاورد&id = cjfdlast2016_gyjz201608001)

7. GB / T 700-2006: فولاد آلیاژی کربن. استاندارد ملی چین.

8. GB / T 1591-2018: استحکام بالا فولادهای کم آلیاژ سازه. استاندارد ملی چین.

9. DL/T 5154-2002: کد فنی برای طراحی سازه های برج خطوط انتقال سربار. استاندارد صنعت چین.

10. DL/T 5219-2023: کد فنی برای طراحی بنیاد خطوط انتقال سربار. استاندارد صنعت چین.

[](https://www.cepds.com/u/cms/www/202112/031412127pyd.pdf)