15-組合角鋼填板設計方法

1、鋼結構的穩(wěn)定性不容易保證，填板一般用于雙角鋼和雙槽鋼構件中，把兩個角鋼或槽鋼聯系起來，增強穩(wěn)定性，一般填在雙角鋼或雙槽鋼的中間，所以叫填板 組合角鋼填板設計方法左元龍 傅鵬程（華東電力設計院 上海 200063）【摘要】本文提出了組合角鋼桿件中的填板及其連接螺栓的計算和可提供使用的計算公式，這種計算方法在現有的規(guī)程、規(guī)定中尚未列入，供從事鐵塔設計者作參考應用。【關鍵詞】剪力 填板 連接螺栓 組合角鋼一、常用斷面在輸電線路鐵塔設計中，經常使用由二個或四個等邊角鋼組合而成的斷面構件，如圖（1）所示：對這種形式斷面，通常是考慮在角鋼之間架設填板用螺栓相連接，從而使之成為一個實腹整體構件，設計計算時仍

2、是按實腹桿件考慮。二、國家現行鋼結構設計規(guī)范GB 500172003中的有關規(guī)定在鋼結構設計規(guī)范GB 500172003中的第條中有相關規(guī)定，為了便于表述，現將全條摘錄如下：【用填板連接而成的雙角鋼或雙槽鋼構件，可按實腹式構件進行計算，但填板間的距離不應超過下列數值：受壓構件：40i受拉構件：80ii為截面回轉半徑，應按下列規(guī)定采用：1、當為圖5.1.5a、b所示的雙角鋼或雙槽鋼截面時，取一個角鋼或一個槽鋼與填板平行的形心軸的回轉半徑；2、當為圖5.1.5c所示的十字形截面時，取一個角鋼的最小回轉半徑。受壓構件的兩個側向支承點之間的填板數不得少于兩個?！繉ι鲜鲆?guī)定的解釋：1、填板間距是明確的，

3、但缺少四個角鋼組成的 形十字斷面的規(guī)定，參照 形十字斷面，對 斷面也取角鋼的最小軸即如圖所示的軸線；2、填板數量：鋼結構設計規(guī)范GB 500172003中規(guī)定在兩個側向支承點之間不得少于兩個。要在一個計算長度內放置兩個填板。3、對二個角鋼組成的 十字形斷面，我們的程序采用分開式填板，布置在縱橫兩個方向上；對四個角鋼組成的 的十字形斷面，填板采用在同一處縱橫兩個方向各布置一塊組成一對。 4、填板和其連接螺栓的計算方法沒有進一步的敘述，需設計人員自行研究解決。5、圖5.1.5a所示的雙角鋼截面，我們的程序采用一個角鋼最小軸的回轉半徑。三、橫向及縱向剪力的計算1、桿件所受的橫向剪力根據鋼結構設計規(guī)范

4、GB 500172003條文說明第條規(guī)定（第212頁）：當桿件作為一個實腹體，受到軸向壓力作用時，桿件繞虛軸（平行于填板）方向發(fā)生撓曲變形而在端部產生剪力V。從而在填板上，也就是在組合桿件的斷面中性層，產生一個剪力Qc，這就是填板及其連接螺栓所受的作用力，如圖（2）所示：端部剪力Vmax即 V NA*f* 將、N代入VV1.25上式中：組合角鋼虛軸回轉半徑；組合角鋼最小承載力對應的壓屈穩(wěn)定系數； 十字形斷面對應于圖（1）ZZ軸回轉半徑， T形斷面對應于圖（2）ZZ軸回轉半徑；A斷面的毛截面面積；f鋼材抗壓強度設計值；組合角鋼的計算長度；b組合角鋼的寬度加填板厚度；1.25裕度系數（與主設人、主

5、工商量確定）。 2、組合斷面中性層上作用的縱向剪力計算公式Qc式中：t填板的厚度；V垂直于梁虛軸的橫向剪力；C填板的間距；S梁中和軸處半個斷面的面積矩；SA*（z00.5t） z0：角鋼形心距離I梁作為實腹體時的整個斷面的慣性矩：I2*A（z00.5t）2Ix。IxA 單角鋼平行軸的回轉半徑S、I代入上式，則Qc（1）對大跨越工程：（Zo0.5t）改為d，因為d遠大于Zo，忽略，則QcVC/2d即為常用的計算格構式斷面填板的公式。（2）對圖（1）所示三種常用的斷面構件：因為（Zo0.5t），顯然不能忽略。本程序忽略0.5t，將S、I代入，則Qc四、三種填板剪力和螺栓計算公式如下（1）對二個等邊

6、角鋼組成的 T形斷面，如圖（3）所示：填板本身不需要計算，只需要對連接螺栓進行計算。（2）對四個等邊角鋼組成的 形十字斷面，如圖（4）所示：填板在同一處縱橫兩個方向各布置一塊組成一對，填板本身不需要計算，只需要對連接螺栓進行計算。（3）對二個等邊角鋼組成的 形十字斷面，如圖（5）所示：ZZ為實軸，XX、WW為虛軸。一般此斷面的穩(wěn)定受控于ZZ軸，但是填板的承載力首先要能經受住按整體繞XX或WW軸失穩(wěn)要求所需要的能力，在這個前提之下，然后有可能再對ZZ軸進行核對。因為繞XX軸的回轉半徑小于WW軸的回轉半徑，因此現先對斷面繞XX軸失穩(wěn)情況分析填板的受力。填板采用縱橫兩個方向分開式各布置一塊，螺栓和填

7、板均要計算。繞XX軸失穩(wěn)時，填板要承載由失穩(wěn)撓曲產生的縱向剪力Qc，扭矩MT。Qca）MT：螺栓群形心的扭矩；MTQc *至螺栓群形心的力臂。b）螺栓群受力計算公式見鋼結構設計手冊（第三版）P66。c）填板受彎正應力：按老唐意見改力臂至螺栓群形心I填板斷面（雙排螺栓A1）扣孔后的慣性矩；h1距填板形心較遠的高度；A1螺栓準線見下表。d）填板剪應力：S填板扣孔后的半個斷面對形心的面積矩。五、二個等邊角鋼組成的 螺栓準線表（500kV利港三期錫東南 四回路）螺栓間距按制圖規(guī)定，螺栓準線見下表：簡 圖螺栓數量四拼雙拼綴板角鋼號A1A2雙拼四拼10037746M204M2011040801254595

8、140451108M20160501301805515010M2020065170螺栓準線A1、A2間距充分拉大以便螺栓群受力減小。六、計算示例1、做實驗的二個等邊角鋼L20020H組成的 十字形斷面：不考慮1.25裕度系數面積A76.52153.0cm2，填板t16mm，Z05.69cm，4.5m（三等分）7.72cm，8.92cm，單角鋼rx6.12cm，z450/7.7258.2，0.747，b200216416mm。橫向剪力 縱向剪力Qc186282N扭矩：MT186282（1008）20118456Nmm；螺栓4M242，A170，A2130。螺栓：TxMT90/2（30290230

9、22）MT/240TyMT30/2（3029023022）MT/720TMT88.361kN108.52kN（6.8級）填板：填板扣孔后的形心 y26013025.5（100220）/（26025.52）122.68mm填板扣孔后的慣性矩：I162603/1216260（130122.68）21625.5（122.68100）2（220122.68）221625.53/121.954107填板受彎正應力：141.4MPa填板扣孔后的面積S16122.682/21625.5（122.68100）1.112105填板剪應力：66.3MPa2、做實驗的二個等邊角鋼L125x10H組成的 十字形斷面：

10、不考慮1.25裕度系數面積A24.37248.74cm2；填板t10mm，Z03.45cm，2.976m（三等分），4.85cm，5.52cm；單角鋼rx 3.85cm，z297.6/4.8561.4，0.722，b125210260mm。橫向剪力 縱向剪力Qc66511 N扭矩：MT66511（605）432315Nmm；螺栓2M202，A150，A290。螺栓：TxMT25/2（252202）MT/82TyMT20/2（252202）MT/102.5TMT67.517kN75.36kN（6.8級）填板：填板扣孔后的慣性矩I101103/121021.52521625.53/129.67105填板受彎正應力：24.60MPa填板扣孔后的面積矩S1055.02/2 1021.5259750填板剪應力：67.06MPa七、總結1、二個等邊角鋼組成的 T字形斷面和四個等邊角鋼組成的 十字形斷面的組合桿件中，填板可按構造設計，連接螺栓需按計算設計，且填板的每端與角鋼連接的螺栓數量不能少于兩個。2、二個等邊角鋼組成的 的十字形斷面中，填板及其連接螺栓均需要計算設計，填板的每端與角鋼連接的螺栓數量也不能少于兩個。3、對二個等邊的十字形斷面，填板在同一處縱橫兩個方向各布置一塊組成一對，各自承受相應的0.5V。參 考 文 獻1鋼結構設