架空送电线路杆塔设计技术规定-新版本

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/T5154-2012

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 =0.845

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λ<120，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（λ<120），带辅助材交叉斜材和大细长比（λ>120）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λ>120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。

表1 典型杆件设计比较

-

-

=12.2 <13.3

-

-=11.25<11.3

〔

-

-

＞11.3

1.677-0.677）345=338.8N/mm

计强度。为了便於比较，等效地将锡车线杆件内力也视为包括超载系数1.5，对应材料的屈服应力。

2 角钢规格带H者为Q345（相当於ASTM A572 Gr50），不带H者为Q235。

3 《美国标准》中的Fa为容许设计应力（单位换算：1ksi=6.9N/mm2）。

4. 序号2，3，5，7和8等交叉斜材均为一拉一压，即拉杆内力大於或等于压杆内力的20%

中心受压角钢六种支承条件的具体应用

2.1 杆件有效长度系数

杆件的计算长度（L ）乘以杆件有效长度系数（k ）即得到杆件有效长度（KL ）。杆件有效长度是影响压杆承载力的重要因素，而杆端支承条件的判断是确定杆件有效长度系数的关键。本标准同《美国标准》将杆端支承条件分为六种情况，有六种有效长度系数（k ）：

（1）杆件两端均中心受力

K=1 0

K=30/L/r+0.75 0

k=60/L/r+0.5 0

k=1 120≤L/r≤200 №4（5）杆件一端有扭转约束

k=28.6/L/r+0.762 120≤L/r≤225 №5（6）杆件两端均有扭转约束

k=46.2/L/r+0.615 120≤L/r≤250 №6

在小细长比范围（L/r<120），杆端连接的偏心是影响杆件有效长度的主要因素。连接偏心与否取决於角钢单肢连接，还是双肢连接，与连接螺栓的数量无关。单肢连接被认为是杆端偏心受力；双肢连接（每肢的连接螺栓数量应接近）被认为是杆端中心受力。

此外，以下几种节点也可认为是中心受力：

（a）杆件中间节间的连续节点，不论被支撑杆件是最小轴布置还是平行轴布置（图2.2.1中的节点1，2，3等）；

（b）交叉杆件有螺栓连接的交叉点；

（c）双角钢组合杆件端部的螺栓连接点，不论单个螺栓还是多个螺栓连接（图2.1.1a或b）：

当L/rx或L/ry=0-120时使用№1

（d）双角钢组合杆件中间的K型支撑点，当支撑角钢布置在节点板的前后面时（图2.1.2b）：

即图2.1.2b中0.5L/rx=0~120 使用№1

而图2.1.2a中0.5L/ry=0~120 使用№2