Experimental tests of tension connections of steel angle sections of lattice transmission towers

• Autorzy: Barcewicz Wioleta , Wierzbicki Stanisław , Giżejowski Marian A. , Labocha Sławomir

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2025.153333

Warianty tytułu

PL

Badania doświadczalne rozciąganych połączeń stalowych kątowników w kratowych słupach elektroenergetycznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the present paper, the results of experimental tests of bolted connections of angle specimens subjected to tension and connected by one leg are presented. Structural members of such type are commonly applied to the steel lattice supports of overhead electrical lines. The bolted connections of angles connected by one leg to gusset plates are in tension and additional bending moment that results from the eccentricity of the bolt group. The majority of available existing experimental and numerical investigations regarding the bolted connections of steel angles in tension have been conducted using mostly short specimens. Within this paper, the influence of the specimen length on the behaviour of angles connected by one leg in tension is shown on the basis of the comparison of the results from the experimental tests of shorter and longer specimens of the same size of angle section. Equal-leg angles in two cross-section dimensional groups – L90 x 6 and L120 x 8, and of two lengths: 600 mm and 1500 mm were tested. A basic test included determining the destructive force, elongation of a specimen and its deflections. In the case of some specimens, the tests were extended to include strain measurements in characteristic places of the angles - in the middle of the length and in the bolted connection zone. The conclusions from the conducted experimental tests confirm that the length of a specimen has an impact on the results, with a greater effect observed in angles with larger cross-sections, and thus with a greater load eccentricity.

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych rozciąganych połączeń stalowych kątowników mocowanych do blach węzłowych tylko jednym ramieniem. Tego typu elementy konstrukcyjne są powszechnie stosowane w stalowych podporach kratowych napowietrznych linii elektroenergetycznych. Rozwiązanie takie charakteryzuje się prostotą montażu, ale ze względu na mimośród połączenia, wynikający z łączenia kątownika tylko jednym ramieniem oraz ze sposobu osadzenia łączników śrubowych w łączonym ramieniu kątownika, występuje dodatkowy moment zginający. Większość dostępnych badań, zarówno eksperymentalnych jak i numerycznych, dotyczących połączeń śrubowych rozciąganych kątowników stalowych przeprowadzono na elementach o przeważnie małych długościach, bez możliwości uwzględnienia wpływu długości na nośność. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki badań wpływu długości próbki na zachowanie się rozciąganych kątowników połączonych jednym ramieniem. Badaniom poddano kątowniki równoramienne o szerokościach 90 mm i 120 mm, które obciążano aż do zniszczenia. Rozpatrzono dwie długości elementów próbnych: 600 mm i 1500 mm. Dokonywano rejestracji siły oraz wydłużeń i bocznych wygięć badanych elementów. W wybranych punktach przekrojów badanego elementu dokonywano pomiaru odkształcenia. Tensometry elektrooporowe umieszczono w środku rozpiętości elementów łączonych oraz w płaszczyźnie przechodzącej przez jedną ze śrub połączenia i w strefach oddziaływania naprężeń od docisku trzpieni śrub do ścianek otworów kątowników. Z przeprowadzonych badań wynika, że dłuższe elementy badawcze charakteryzowały się większą nośnością połączeń, przy czym większe różnice obserwowano w przypadku elementów wykonanych z kątowników o większych szerokościach ramion i wynosiły one około 5%. Krótsze elementy ulegały znacznie większym wygięciom w płaszczyźnie prostopadłej do ramienia przylgowego niż ich dłuższe odpowiedniki, co zostało zarejestrowane zarówno przez czujniki przemieszczeń, jak i przez tensometry. Tensometryczne pomiary odkształceń potwierdziły, że na większym obszarze przekroju poprzecznego krótkich elementów, zarówno w środku ich rozpiętości jak i w strefie połączenia, występują naprężenia ściskające będące efektem mimośrodowego przekazywania siły z kątownika na blachę węzłową. Efekty te są bardziej widoczne w kątownikach o większej szerokości ramion, co jest ściśle związane z ich mniejszą smukłością (długości elementów badawczych o obu szerokościach były takie same). Obserwowane zjawiska wskazują, że w badaniach nośności rozciąganych kątowników, łączonych jednym ramieniem, należy brać pod uwagę ich smukłość, a więc zarówno długość kątownika, jak i wymiary jego przekroju poprzecznego. Stosując standardowe długości elementów badawczych, które na ogół są małe, w przypadku większych przekrojów prowadzimy do niedoszacowania uzyskiwanych nośności, co w niektórych, skrajnych przypadkach, może prowadzić do błędnych wniosków z analiz porównawczych z procedurami normowymi. To samo spostrzeżenie można odnieść do numerycznych modeli MES - zbyt małe długości takich modeli oznaczają małe ich smukłości, a to wpływa niekorzystnie na wyniki. Lepsze rozpoznanie zagadnienia będzie wymagało przeprowadzenia większej liczby badań, które pozwoliłyby określić najmniejszą smukłość rozciąganych elementów badawczych, która jeszcze nie wpływa znacząco na uzyskiwane wyniki.

Słowa kluczowe

EN

angle section; bolted connection; experimental test; lattice tower; tension member; transmission tower

PL

badanie doświadczalne; element rozciągany; kątownik; połączenie śrubowe; słup elektroenergetyczny; słup kratowy

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2025
• Tom: Vol. 71, nr 1
• Strony: 259--274
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Barcewicz Wioleta

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-3551-5309

autor

Wierzbicki Stanisław

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-7076-0641

autor

Giżejowski Marian A.

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-0317-1764

autor

Labocha Sławomir

• ENPROM Ltd., Warsaw
• Academy of Silesia, Faculty of Architecture, Building and Applied Arts, Katowice, Poland

• https://orcid.org/0000-+0003-0331-4585

Bibliografia

• [1] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Stress and strain concentrations in steel angle tension members connected by one leg”, Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture, vol. 65, pp. 5-16, 2018, doi: 10.7862/rb.2018.19.
• [2] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Net section fracture assessment of steel bolted joints with shear lab effect”, MATEC Web of Conferences, vol. 262, art. no. 09002, pp. 1-8, 2019, doi: 10.1051/matecconf/201926209002.
• [3] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Numerical study of block tearing failure in steel angles connected by one leg”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 1, pp. 269-283, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.136473.
• [4] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Experimental and numerical investigation into failure modes of tension angle members connected by one leg”, Materials, vol. 14, no. 18, 2021, doi: 10.3390/ma14185141.
• [5] E. Bernatowska and L. Ślęczka, “Net section resistance of steel angles connected by one leg”, Archives of Civil Engineering, vol. 68, no. 4, pp. 275-291, 2022, doi: 10.24425/ace.2022.143038.
• [6] M. Gupta and M.L. Gupta, “Evaluation of stress distribution in bolted steel angles under tension”, Electronic Journal of Structural Engineering, vol. 4, pp. 17-27, 2004, doi: 10.56748/ejse.438.
• [7] D. Agrawal and M.K. Gupta, “Analysis of hot-rolled steel angles under tension”, International Research Journal of Engineering and Technology, vol. 5, pp. 1071-1074, 2018.
• [8] C.V. Geethu, G. Unni Kartha, and S. Usha, “Effect of connection eccentricity in the behaviour of steel tension members”, International Journal of Civil Engineering and Technology, vol. 5, pp. 56-65, 2014.
• [9] V.F. de Paula, L.M. Bezzera, andW.T. Matias, “Efficiency reduction due to shear lag on bolted cold-formed steel angles”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 64, no. 5, pp. 571-583, 2008, doi: 10.1016/j.jcsr.2007.10.008.
• [10] Ke Ke, Y.H. Xiong, M.C.H. Yam, A.C.C. Lam, and K.F. Chung, “Shear lag effect on ultimate tensile capacity of high strength steel angles”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 145, pp. 300-314, 2018, doi: 10.1016/j.jcsr.2018.02.015.
• [11] H.T. Zhu, M.C.H. Yam, A.C.C. Lam, and V.P. Iu, “The shear lag effects on welded steel single angle tension members”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 65, pp. 1171-1186, 2009, doi: 10.1016/j.jcsr.2008.10.004.
• [12] C. Fang, A.C.C. Lam, and M.C.H. Yam, “Influence of shear lag on ultimate tensile capacity of angles and tees”, Journal of Constructional Steel Research, vol. 84, pp. 49-61, 2013, doi: 10.1016/j.jcsr.2013.02.006.
• [13] S. Labocha, W. Barcewicz, S. Wierzbicki, and M. Giżejowski “Wyzwania badawcze związane z realizacją stalowych podpór linii elektroenergetycznych”, Inżynieria i Budownictwo, no. 4, pp. 155-163, 2021.
• [14] W. Barcewicz, S. Wierzbicki, M.A. Giżejowski, S. Labocha, and R. Czyż, “Experimental investigation of angle length effect – angles in tension connected by one leg”, in Modern trends in research on steel aluminium and composite structures, M. Giżejowski, et al., Eds. Routledge, 2021, pp. 85-91, doi: 10.1201/9781003132134-7.
• [15] EN 1993-1-8 Eurocode 3: Design of steel structures – Part 1-8: Design of joints. Brussels: CEN, 2005.
• [16] EN ISO 6892-1:2016 Metallic materials: Tensile testing – Part 1: Method of test at room temperature. Brussels: CEN, 2016.