随着电网建设的快速发展，多回路、特高压输电线路越来越多，铁塔所承受的外荷载越来越大^[1,2]。单角钢^[3,4]的承载能力已难以满足强度需要，往往只能采用组合角钢^[5,6]。组合角钢具有回转半径大、承载力高、便于运输安装、造价低等优点^[7,8]。但如果应用在铁塔斜材中，在满足与铁塔主材连接时，两肢角钢间由于构造的原因导致双角钢间隙大，填板厚度大，斜材重量大，且交叉连接时构件比较笨重，双拼角钢优势未能充分发挥。因此，提出一种单肢火曲等边双角钢构件，如图1所示。该构件由平直等边角钢和火曲等边角钢组合而成。通过将其中一根角钢火曲制弯以减小双肢之间的距离，从而减小填板的厚度，在保证构件受力不受影响的情况下减小用钢量，达到降低杆塔塔重、节约工程投资的目标。

　　 以往研究者们对组合角钢开展了较为深入的研究。姚谏等^[9]采用等效轴心受压荷载的方法提出了一种将双角钢组合T形截面按轴心受压构件设计的简化方法。该方法可以大大减少计算工作量、避免反复试算，且能保证初选截面即达到安全合理。邓海文^[10]对加固型组合截面特性计算公式进行推导，得到适用于槽钢、工字钢、角钢和型钢的组合截面特性计算公式。其计算方法简便准确，可节约材料用量。刘红军等^[11]结合试验研究和理论分析对双角钢十字组合断面受力性能做了初步探索，分别考察了构件的长细比、肢宽比和填板对承载力的影响，根据薄板能量理论和虚功原理，推导出构件极限承载力公式，提出了适用于工程设计的建议计算方法。

　　 综上所述，国内外学者尚未开展火曲角钢的受力性能研究。本文对单肢火曲等边双角钢轴压构件的承载性能进行试验研究，并与普通等边双角钢进行对比。

　　 试件制作与试验均满足中国规范^[12,13]相关规定，材性试件加工图如图2所示。本试验中角钢采用Q345，材性试验结果如表1所示，其中f_y为钢材的屈服强度;f_u为钢材的抗拉强度;E为钢材的弹性模量;δ为钢材伸长率。

　　 共设计7组共21个轴压试件，包括5组单肢火曲等边双角钢试件(长细比分别为60,80,100,120和140)和2组普通等边双角钢试件(长细比分别为60,140)。试件构造如图3所示，各试件尺寸如表2所示，表中a为试件端部两填板间距，b为试件长度，P_E为按《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)计算的同规格普通双角钢的理论极限荷载。

　　 试验采用电液伺服压力试验机，对受压试件进行竖向静力加载。试验机上、下两端板中线对应双角钢的几何中心，保证试件轴心加载，试验采用双刀口支座，以模拟两端的铰接约束，如图4所示。

　　 为测量各截面横向位移、研究试件变形特征及分析截面应力-应变关系，在试件跨中布置位移计，在火曲段和跨中布置应变片，如图5所示。

　　 几何对中后施加3%的预加荷载，通过应变片读数调整试件位置，保证平均差值在5%以内。当荷载小于预估极限荷载的50%时，每级荷载取预估极限荷载的10%。荷载在预估极限荷载的50%～80%范围内时，每级荷载取预估极限荷载的5%，荷载达到预估极限荷载的80%后，荷载级差调整为2%。每级加载稳定1min后记录相应荷载作用下的应变。加载直至满足如下3种条件之一即可停止加载:构件发生水平位移、无法稳定自动卸荷和荷载下降至峰值荷载的80%。

　　 仅对具有代表性的长细比为60的HQ60-1,PT60-1和长细比为140的HQ140-1,PT140-1四个试件试验现象进行描述。四个试件的荷载-轴向位移曲线见图6。由图可知，同类构件长细比越大，试件承载力越低。

　　 图7为试件HQ60-1破坏形态、荷载-横向位移曲线和荷载-应变关系。加载初期，试件无明显变形，处于弹性阶段。随着荷载增加，试件绕对称轴发生弯曲，绕非对称轴几乎没有弯曲，达到极限荷载后，绕对称轴的弯曲变形继续增大，绕非对称轴发生轻微弯曲，但未发生扭转。试件火曲段在达到极限荷载后局部进入屈服，而试件跨中由于发生局部屈曲，8号应变片由受压变为受拉，跨中也在达到极限荷载后局部进入屈服。试件最终发生绕对称轴的弯曲失稳，绕非对称有轻微弯曲。

　　 图8为试件PT60-1破坏形态、荷载-横向位移曲线和荷载-应变关系。加载初期，试件无明显变形，处于弹性阶段。随着荷载增加，试件绕对称轴和非对称轴均未发生变形，达到极限荷载后，试件绕非对称轴突然发生弯曲，变形持续增大，而绕对称轴的变形始终为1.5mm。整个加载过程中，试件端部基本保持弹性，而试件跨中的连接肢肢尖进入屈服，其余保持弹性。试件发生绕非对称轴的弯曲失稳。

　　 图9为试件HQ140-1破坏形态、荷载-横向位移曲线和荷载-应变关系。加载初期，试件处于弹性阶段。随着荷载增加，试件绕对称轴逐渐发生弯曲变形，而绕非对称轴的变形不到3mm。整个加载过程中，试件火曲段及跨中均保持弹性，试件发生绕对称轴的弯曲失稳。

　　 图10为试件PT140-1破坏形态、荷载-横向位移曲线和荷载-应变关系。加载初期，试件保持弹性。荷载增加至150kN时，试件绕非对称轴逐渐发生弯曲，绕对称轴的变形一直为1mm。达到峰值荷载后，试件绕对称轴的弯曲变形持续发展，直至无法继续承载。整个加载过程中，试件端部保持弹性，试件跨中局部进入屈服，试件发生绕非对称轴的弯曲失稳。

　　 由表3可知，普通双角钢试件在轴心受压荷载作用下均发生绕非对称轴的弯曲变形。长细比越大，普通双角钢试件的承载力越小。

　　 由表4可知，单肢火曲等边双角钢在轴心受压荷载作用下绕非对称轴发生弯曲变形。长细比越大，单肢火曲等边双角钢试件的承载力越小。

　　 普通双角钢构件在轴心受压荷载作用下发生绕非对称轴的弯曲变形，而火曲双角钢构件在轴心受压荷载作用下发生绕对称轴的弯曲变形，并且绕非对称轴有轻微扭转。表5为长细比相同而构件形式不同的试件在轴心受压荷载作用下的试验承载力对比。

　　 由表5可知，将普通双角钢火曲后，对长细比为60的试件，双角钢构件的承载力下降15.37%，影响较大;而对长细比为140的试件，火曲对试件的承载力影响较小，降低8.08%。因此，对长细比为140的试件，单肢火曲后既满足经济要求，又不显著影响其承载性能。

　　 对单肢火曲等边双角钢构件和普通等边双角钢构件进行轴心受压试验，得到以下结论:

　　 (1)同组3根试件的变化过程、破坏形态和应力变化基本相同，同类构件长细比越大，试件承载力越低。

　　 (2)在轴心受压荷载作用下，火曲双角钢构件发生绕对称轴的弯曲变形，普通双角钢构件发生绕非对称轴的弯曲变形。

　　 (3)长细比较小时，构件火曲段部分进入屈服;长细比较大时，构件火曲段保持弹性。

　　 (4)当长细比较大时，单肢火曲等边双角钢构件既能满足经济要求，又具有良好的承载性能。