架空送电线路杆塔设计技术规定-新版本

1架空送电线路杆塔设计技术规定新版本讲解提要魏顺炎1架空送电线路杆塔设计技术规定修订的背景在应用02标准设计过程中积累一些经验有些条文需要修改角钢压杆计算荷载部分国内外相关的设计规范标准修订增加了一些新规定可以借鉴斜材的埃菲尔效应受拉角钢的块剪验算组合角钢扭弯计算交叉斜材同时受压的界定和计算长度有劲塔脚板计算国内近年来的试验成果及工程实践组合角钢的填板计算高强度锚栓2中心受压角钢稳定计算公式修改的意义计算方法的演变SDGJ94-90→DL/T5154-2002→DL/T5154-20122新版本修订的依据新版本与老版本的比较新版本与美国标准的比较关于轴心受压构件稳定计算的修改说明1概述现行版《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5414-2002（以下简称中国标准），对角钢压杆的选材采用类似《美国标准》的方法，将杆件分为六种支承条件（即六条压力曲线）进行选材。但是，当时考虑到中国的设计经验和设计标准的延续性。同时，《美国标准》新版本，在编制现行《中国标准》送审稿阶段才搜集到，尚未仔细分析比较。因此，《美国标准》新版本中增加有关交叉斜材设计等方面的内容没有研究吸收，杆件的有效长度系数的取值与《美国标准》不尽相同。其结果从Q345材料两种标准的杆杆压力曲线比较中可以看出（图1），六种支承条件的杆件容许设计应力，《中国标准》均低於《美国标准》。其中，λ=120时《中国标准》约低19%；在主材常用的细长比λ=50~80范围内约低10~20%；在斜材常用的细长比λ=150~200范围内约低21~24%。Q235材料也类似。以上还不包括两种标准中计算长度取值不同的影响。因此，本导则编制大纲建议，在现行《中国标准》基础上，适当提高杆件的设计承载力，提高的幅度在10%左右，与《美国标准》相比留有不小于10%的裕度。设计方法是，杆件的有效长度按《美国标准》，杆杆压屈系数仍同《中国标准》，采用我国钢结构设计规范的数值。2.典型杆件的比较从工程中一些典型杆件的分析比较中（表1），也得到相同的结果。同样特性的杆件，按《中国标准》计算的杆件容许承载力要低於《美国标准》：双面连接的主材，细长比λ≈60时（表3中序号1）约低13%；单面连接的斜材，细长比λ＜120时（序号2~5，9），约低20~29%，细长比λ＞120时（序号6~8），约低29~33%，这里包括《中国标准》对带辅助材的交叉材，计算长度乘以1.1系数的影响。其中，对双面连接的主材，按《中国标准》计算的杆件承载力低於《美国标准》的原因是《中国标准》的压屈系数值低於《美国标准》。以序号1为例：按《美国标准》Kλ=59.6＜Cc＝107（Q345）φ＝1－0.5(kλ/Cc)2=1-0.5×(59.6/107)2=0.8453按《中国标准》由kλ=59.6查表得φ=0.738两者比值0.738/0.845=0.87从表1中，《中国标准》计算值与《美国标准》计算值的比较（中/美），以及《本导则》计算值与《美国标准》计算值的比较（导/美），可以看出，在小细长比范围λ120，包括无辅助材的交叉材，《本导则》建议值与现行《中国标准》值相同，杆件的设计承载力没有提高（表中序号1，2，4，9杆件）；小细长比（λ120），带辅助材交叉斜材和大细长比（λ120）的杆件（序号3，5，6，7，8），《本导则》建议值比现行《中国标准》提高了5%~11%，但与《美国标准》相比，均有10%以上的裕度（13%~26%）。其中提高较大（11%）是大细长比两端无约束的杆件，与《美国标准》相比还有20%裕度。其次，裕度较大是在λ=100~120之间。主要原因是在这细长比范围内，我国的压屈系数与美国比较相差较大（图2），偏於保守。3.结论轴心受压构杆采用本导则推荐的设计方法，即构件（包括交叉材）的有效长度按《美国标准》公式，压屈系数仍按现行《中国标准》，采用我国钢结构设计规范的数值。与现行《中国标准》相比，对带辅助材的交叉材以及λ120构件，承载力提高了10%左右。与《美国标准》相比有13％~26％的裕度。而且，使不同支承条件的构件，留的应力裕度相对比较接近，计算承载力值更为合理。5表1典型杆件设计比较序号杆号及内力杆件特性美国标准中国标准中/美导则建议导/美（500KV江黄线ZT5）顶架主材CICN=15620㎏=153.1KN1№1，k=1kλ=59.6Cc=3.14×34589.6290002=106.9＞kλ（w/t）lim=34562.280=11.3w/t=（64-4.8-8.5）/4.8=10.5＜11.3Fa=〔1-0.5（59.6/106.9）2〕345=291.38N/mm2【N】=291.38*582=169.6KN比值153.1/169.6=0.90№1，K=1Kλ=59.6B类φ=0.738（b/t）lim=202/310=11.47b/t=（64-4.8-8.5）/4.8=10.5＜11.47【N】=0.738*582*345=148183N=148.2KN比值153.1/148.2=1.03超3％148.2/169.6=0.87（同中国标准）148.2/169.6=0.8762（500KV锡车线SJT1）无辅材的交叉材200-231N=46.67KNL=175.5cmL75×5Fy=235N/mm2A=741mm2rz=1.5cmL/rz=117一端中心一端偏心№2k=0.75＋30/117=1.006kλ=1.006*117=117.7≈118Cc=3.14×23589.6290002=129.6＞kλ（w/t）lim=80×2.62/235=13.3tW==12.213.3Fa=〔1-0.5（118/129.6）2〕235=137.59N/mm2［N］=137.59*741=101954N=102.0KN比值46.67/102.0№2K=0.75＋30/117=1.006Kλ=117.7≈118φ=0.447（b/t）lim=202/215=13.78b/t=（75-5-9）/5=12.2＜13.78【N】=0.447*741*235=77838N=77.84KN比值46.67/77.84=0.6077.84/102.0=0.76（同中国标准）77.84/102.0=0.767=0.463（500KV锡车线SJT1）带辅材的交叉材600-701N=259.68KNL=217.8cmL110*8HFy=345N/mm2A=1724mm2rx=3.4cmL/rx=64.04一端偏心一端中心№2k=0.75+30/64.04=1.22kλ=1.22*64.04=78.13Cc=106.9＞kλ（w/t）lim=11.3W/t==11.2511.3Fa=〔1-0.5×（78.15/106.9）2〕×345=252.83N/mm2【N】=252.8×1724=435827N=435.8KN比值259.68/435.8=0.60L=217.8*1.1=239.6cmL/rx=70.47№2k=0.75＋30/70.47=1.175kλ=82.85≈83φ=0.551（b/t）lim=202/310=11.47b/t=（110-8-12）/8=11.25＜11.47【N】=0.551×1724×345=327723N=327.7KN比值259.68/327.7=0.79327.7/435.8=0.75L=217.8cmL/rx=64.06№2k=0.75+30/64.06=1.22kλ=1.22×64.06=78.15φ=0.59（b/t）lim=202/310=11.47b/t=（110-8-12）/8=11.25＜11.47【N】=0.59×1724×345=350920N=350.9KN比值259.68/350.9=0.74350.9/435.8=0.8184（500KV锡车线SJT1）K型塔腿斜材2110-2930N=261.71KNL=400.8cnL140×10HFy=345N/mm2A=2737mm2rx=4.34cmL/rx=92.35一端偏心一端中心№2k=0.75＋=1.075kλ=1.075×92.35=99.28Cc=106.9＞kλ（w/t）lim=11.3w/t==11.6＞11.3Fcr=（1.677-0.677）×345=338.8N/mm2Fa=［1-0.5×(99.28/109.6)2］×338.8=199.8N/mm2【N】=199.8×2737=546853N=546.9KN比值261.71/546.9=0.48№2k=1.075kλ=99.28≈99φ=0.437（b/t）lim==202/315=11.38b/t=11.6＞11.38mN=1.677-0.677×（11.6/11.38）=0.987×345.=340.5【N】=0.437×340.5×2737=407261N=407.3KN比值261.71/407.3=0.64注：尚未计入塔腿计算长度系数1.2407.3/546.9=0.74（同中国标准）407.3/546.9=0.7495（500kv锡车线SJT1）带辅材的交叉材1960-2041N=357.27kNL=550.5cmL160×12HFy=345N/mm2A=3744mm2rx=4.95cmL/rx=111.2一端偏心一端中心№2k=0.75＋30/111.2=1.02kλ=1.02×111.2=113.4Cc=106.9＜kλFa=24.11389.62900087.9=153.4N/mm2【N】=153.4×3744=574330N=574.33KN比值357.27/574.33=0.62L=550.5×1.1=605.5cmL/rx=122.3№4k=1kλ=122.3φ=0.314（b/t）lim=202/310=11.47b/t=（160-12-16）/12=11.0＜11.47【N】=0.314*3744*345=405587N=405.59KN比值357.27/405.59=0.88405.59/574.33=0.71L=550.5cmL/rx=111.2№2k=0.75+30/111.2=1.02kλ=1.02*111.2=113.4Φ=0.355【N】=0.355*3744*345=458546N=458.5KN比值=357.27/458.5=0.78458.5/574.33=0.80106（500kv江黄线ZT5）塔身斜材F14TN=7385㎏=72.37kNL=370cmL80×5HFy=50ksi=345N/mm2A=786mm2rx=2.45cmL/rx=370/2.45=151两端有约束№6k=0.615+46.2/151=0.92kλ=0.92×151=138.96Cc=106.9＜kλFa=296.13889.62900087.9=102.13N/mm2【N】=102.13×786=80274N=80.27KN比值72.37/80.65=0.90№6k=0.82+21.64/151=0.963kλ=0.963×151=145.54φ=0.233（b/t）lim=202/310=11.47b/t=（80-5-9）/5=13.211.47mN=1.677-47.112.13677.0=0.898mN×Fy=0.898×345=309.81N/mm2【N】=0.233*309.81*786=56738N=56.74kN比值72.37/56.74=1.28超28%56.74/80.27=0.71№6k=0.615+46.2/151=0.92kλ=0.92*151=138.96φ=0.253（b/t）lim=11.47b/t=（80-5-9）/5=13.211.47mn=1.677-0.677*13.2/11.47=0.898mn*Fy=0.898*345=309.81N/mm2【N】=0.253*309.81*768=61608N=61.6KN比值=72