15-組合角鋼填板設(shè)計(jì)方法

1、鋼結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性不容易保證，填板一般用于雙角鋼和雙槽鋼構(gòu)件中，把兩個(gè)角鋼或槽鋼聯(lián)系起來(lái)，增強(qiáng)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(shè)計(jì)方法左元龍 傅鵬程（華東電力設(shè)計(jì)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(jì)算和可提供使用的計(jì)算公式，這種計(jì)算方法在現(xiàn)有的規(guī)程、規(guī)定中尚未列入，供從事鐵塔設(shè)計(jì)者作參考應(yīng)用。【關(guān)鍵詞】剪力 填板 連接螺栓 組合角鋼一、常用斷面在輸電線(xiàn)路鐵塔設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用由二個(gè)或四個(gè)等邊角鋼組合而成的斷面構(gòu)件，如圖（1）所示：對(duì)這種形式斷面，通常是考慮在角鋼之間架設(shè)填板用螺栓相連接，從而使之成為一個(gè)實(shí)腹整體構(gòu)件，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)仍

2、是按實(shí)腹桿件考慮。二、國(guó)家現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500172003中的有關(guān)規(guī)定在鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500172003中的第條中有相關(guān)規(guī)定，為了便于表述，現(xiàn)將全條摘錄如下：【用填板連接而成的雙角鋼或雙槽鋼構(gòu)件，可按實(shí)腹式構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算，但填板間的距離不應(yīng)超過(guò)下列數(shù)值：受壓構(gòu)件：40i受拉構(gòu)件：80ii為截面回轉(zhuǎn)半徑，應(yīng)按下列規(guī)定采用：1、當(dāng)為圖5.1.5a、b所示的雙角鋼或雙槽鋼截面時(shí)，取一個(gè)角鋼或一個(gè)槽鋼與填板平行的形心軸的回轉(zhuǎn)半徑；2、當(dāng)為圖5.1.5c所示的十字形截面時(shí)，取一個(gè)角鋼的最小回轉(zhuǎn)半徑。受壓構(gòu)件的兩個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)之間的填板數(shù)不得少于兩個(gè)?！繉?duì)上述規(guī)定的解釋?zhuān)?、填板間距是明確的，

3、但缺少四個(gè)角鋼組成的 形十字?jǐn)嗝娴囊?guī)定，參照 形十字?jǐn)嗝?，?duì) 斷面也取角鋼的最小軸即如圖所示的軸線(xiàn)；2、填板數(shù)量：鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 500172003中規(guī)定在兩個(gè)側(cè)向支承點(diǎn)之間不得少于兩個(gè)。要在一個(gè)計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)放置兩個(gè)填板。3、對(duì)二個(gè)角鋼組成的 十字形斷面，我們的程序采用分開(kāi)式填板，布置在縱橫兩個(gè)方向上；對(duì)四個(gè)角鋼組成的 的十字形斷面，填板采用在同一處縱橫兩個(gè)方向各布置一塊組成一對(duì)。 4、填板和其連接螺栓的計(jì)算方法沒(méi)有進(jìn)一步的敘述，需設(shè)計(jì)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(gè)角鋼最小軸的回轉(zhuǎn)半徑。三、橫向及縱向剪力的計(jì)算1、桿件所受的橫向剪力根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范

4、GB 500172003條文說(shuō)明第條規(guī)定（第212頁(yè)）：當(dāng)桿件作為一個(gè)實(shí)腹體，受到軸向壓力作用時(shí)，桿件繞虛軸（平行于填板）方向發(fā)生撓曲變形而在端部產(chǎn)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(chǎn)生一個(gè)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(zhuǎn)半徑；組合角鋼最小承載力對(duì)應(yīng)的壓屈穩(wěn)定系數(shù)； 十字形斷面對(duì)應(yīng)于圖（1）ZZ軸回轉(zhuǎn)半徑， T形斷面對(duì)應(yīng)于圖（2）ZZ軸回轉(zhuǎn)半徑；A斷面的毛截面面積；f鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；組合角鋼的計(jì)算長(zhǎng)度；b組合角鋼的寬度加填板厚度；1.25裕度系數(shù)（與主設(shè)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(jì)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(gè)斷面的面積矩；SA*（z00.5t） z0：角鋼形心距離I梁作為實(shí)腹體時(shí)的整個(gè)斷面的慣性矩：I2*A（z00.5t）2Ix。IxA 單角鋼平行軸的回轉(zhuǎn)半徑S、I代入上式，則Qc（1）對(duì)大跨越工程：（Zo0.5t）改為d，因?yàn)閐遠(yuǎn)大于Zo，忽略，則QcVC/2d即為常用的計(jì)算格構(gòu)式斷面填板的公式。（2）對(duì)圖（1）所示三種常用的斷面構(gòu)件：因?yàn)椋╖o0.5t），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(jì)算公式如下（1）對(duì)二個(gè)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(jì)算，只需要對(duì)連接螺栓進(jìn)行計(jì)算。（2）對(duì)四個(gè)等邊角鋼組成的 形十字?jǐn)嗝?，如圖（4）所示：填板在同一處縱橫兩個(gè)方向各布置一塊組成一對(duì)，填板本身不需要計(jì)算，只需要對(duì)連接螺栓進(jìn)行計(jì)算。（3）對(duì)二個(gè)等邊角鋼組成的 形十字?jǐn)嗝妫鐖D（5）所示：ZZ為實(shí)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(jīng)受住按整體繞XX或WW軸失穩(wěn)要求所需要的能力，在這個(gè)前提之下，然后有可能再對(duì)ZZ軸進(jìn)行核對(duì)。因?yàn)槔@XX軸的回轉(zhuǎn)半徑小于WW軸的回轉(zhuǎn)半徑，因此現(xiàn)先對(duì)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(gè)方向分開(kāi)式各布置一塊，螺栓和填

7、板均要計(jì)算。繞XX軸失穩(wěn)時(shí)，填板要承載由失穩(wěn)撓曲產(chǎn)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(jì)算公式見(jiàn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)（第三版）P66。c）填板受彎正應(yīng)力：按老唐意見(jiàn)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(yuǎn)的高度；A1螺栓準(zhǔn)線(xiàn)見(jiàn)下表。d）填板剪應(yīng)力：S填板扣孔后的半個(gè)斷面對(duì)形心的面積矩。五、二個(gè)等邊角鋼組成的 螺栓準(zhǔn)線(xiàn)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(zhǔn)線(xiàn)見(jiàn)下表：簡(jiǎn) 圖螺栓數(shù)量四拼雙拼綴板角鋼號(hào)A1A2雙拼四拼10037746M204M2011040801254595

8、140451108M20160501301805515010M2020065170螺栓準(zhǔn)線(xiàn)A1、A2間距充分拉大以便螺栓群受力減小。六、計(jì)算示例1、做實(shí)驗(yàn)的二個(gè)等邊角鋼L20020H組成的 十字形斷面：不考慮1.25裕度系數(shù)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(jí)）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(yīng)力：141.4MPa填板扣孔后的面積S16122.682/21625.5（122.68100）1.112105填板剪應(yīng)力：66.3MPa2、做實(shí)驗(yàn)的二個(gè)等邊角鋼L125x10H組成的 十字形斷面：

10、不考慮1.25裕度系數(shù)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(jí)）填板：填板扣孔后的慣性矩I101103/121021.52521625.53/129.67105填板受彎正應(yīng)力：24.60MPa填板扣孔后的面積矩S1055.02/2 1021.5259750填板剪應(yīng)力：67.06MPa七、總結(jié)1、二個(gè)等邊角鋼組成的 T字形斷面和四個(gè)等邊角鋼組成的 十字形斷面的組合桿件中，填板可按構(gòu)造設(shè)計(jì)，連接螺栓需按計(jì)算設(shè)計(jì)，且填板的每端與角鋼連接的螺栓數(shù)量不能少于兩個(gè)。2、二個(gè)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(jì)算設(shè)計(jì)，填板的每端與角鋼連接的螺栓數(shù)量也不能少于兩個(gè)。3、對(duì)二個(gè)等邊的十字形斷面，填板在同一處縱橫兩個(gè)方向各布置一塊組成一對(duì)，各自承受相應(yīng)的0.5V。參 考 文 獻(xiàn)1鋼結(jié)構(gòu)設(shè)