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近些年来,随着输电杆塔荷载越来越大,城市用地的日益紧张,以及国家对高强钢的普及,Q460高强钢管在杆塔结构中得到了推广使用。Q460钢管的截面刚度大、承载力高,能够有效减小杆塔根开,减少占地面积、植被破坏和林木砍伐。但是,目前国内对Q460钢管的相关研究甚少,Q460钢管与普通钢管的承载力性能的区别,还有待进一步研究;我国《钢结构设计规范》(GB5007-2003)规定的Q460钢管径厚比限值仅为51,使得杆件壁厚较大,塔重增加,从而制约了Q460高强钢的优势,Q460钢管的径厚比对承载力的影响,值得深入研究。本文针对Q460高强钢管分别开展了轴压、受弯和压弯试验研究,考察其承载力特性、失效模式,应力应变发展特性;其次进行了非线性有限元模拟、对比国内外规范理论计算结果,提出了适用于Q460高强钢管整体稳定系数及对径厚比限值的建议。本文的主要研究内容和结论如下: (1)国内外现有钢管承载力计算理论比较分析: 分别从径厚比限值、轴压、受弯和压弯承载力4个方面陈述并对比了我国《钢结构设计规范》(GB5007-2003)、我国《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002),欧洲钢结构规范《Eurocode3:Design of steel structures》(BS EN1993-1-1:2005),美国钢结构规范《Specification for Structural Steel Buildings》(ANSI/AISC360-10),美国输电杆塔设计导则《Design of Steel Transmission Pole Structures》(ASCE/SEI48-11)和澳大利亚钢规《Australian Standard Steel Structures》(AS4100-1998)之间的异同。 (2) Q460高强钢管轴压承载力试验及理论研究: 开展了不同长细比和不同径厚比的两组Q460高强钢管的轴压试验。第一组为径厚比都在限值以内的不同长细比的构件,其失效模式均为整体失稳破坏;第二组径厚比大于70的构件出现整体失稳和端部局部屈曲交织出现的现象,且不能满足规范设计值。采用ANSYS对轴压试件建模进行非线性有限元分析,失效模式均为整体失稳破坏,径厚比小于70的钢管承载力与试验吻合较好,大于70的钢管承载力偏大。我国《钢规》计算Q460钢管轴压承载力偏小,利用ANSYS分析4种厚度,长细比10~100,径厚比都在限值以内的Q460钢管的稳定系数,拟合出了其稳定系数公式。对比规范、试验和有限元结果,建议Q460轴压钢管径厚比控制在70以内。 (3) Q460高强钢管受弯承载力试验及理论研究: 开展了Q460高强钢管的受弯试验研究,得到各试件的失效模式均为端部受压区局部屈曲。采用ANSYS对受弯钢管进行非线性有限元分析,失效模式、承载力与试验吻合,施加端部初始缺陷后,不影响屈服承载,但降低了极限承载力;规范受弯计算值略小于试验值,认为现有规范可适用于Q460钢管受弯计算;试验和有限元结果分析表明,随着径厚比的增大,降低了受弯钢管屈服后的塑性发展能力,建议Q460受弯钢管径厚比限值取100。 (4) Q460高强钢管压弯承载力试验及理论研究: 开展了Q460高强钢管的压弯试验,得到各构件的失效模式均为弯矩平面内的整体失稳破坏。采用ANSYS对试件进行非线性有限元分析,失效模式、承载力与试验吻合;规范压弯计算值小于试验值,采用本文提出的Q460钢管稳定系数计算,其结果更加接近试验值,验证了本文Q460钢管稳定系数的适用性;分析试验结果,建议Q460压弯钢管径厚比限值取80。 最后,对本文的研究工作进行归纳和总结,并提出了今后有待进一步解决的研究课题。