铁塔结构设计计算细则(2006)(稿)
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铁塔结构设计计算细则(角钢/钢管塔)
审核:
校核:
编写:金晓华
广东省电力设计研究院送变电室
2006.9
一、设计依据
1.《110kV~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999)
2.《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002)
3.“设计条件及塔头间隙图”(广东省电力设计研究院)(附件1)
二、荷载
1.导、地线荷载见广东省电力设计研究院提供“铁塔外负荷计算书(附件2)”:
2.设计工况应包括正常运行(包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合;直线塔最小垂直档距取0.5倍水平档距;转角塔要考虑正、负垂直档距)、断线、安装的最不利组合情况,转角塔及结构布材不对称的塔应计算反向风工况,所有塔应计算基础作用力工况。
为便于校对,应进行设计工况归并,可参考“铁塔设计工况”(附件3),并应详细列出每种荷载工况组合,而不是单纯指出第几种到第几种为事故或安装等工况。
3.参考国网典型设计,新规划的直线塔规定了计算高度,铁塔外负荷是对应这个计算高度值的。杆塔风荷载调整系数βz以及线条荷载对地距离均应按该计算高度(呼高)取值。对本塔高于该计算呼高的,应采用由我院电气专业开的缩小使用条件的铁塔外负荷来验算,原则上不增大共用段原主材构件规格,如个别共用段主材构件规格差别不大的情况下,则选用较大规格主材,而不修改档距从而修改计算荷载再重新计算,但应得到结构室内部确认。
4.引用国网典型设计,作以下特殊规定:
1).500kV直线塔考虑施工锚固工况,部分使用条件大的220kV直线塔也考虑施工锚固工况;500kV和220kV直线塔都考虑2倍起吊安装荷载,但应按4:6比例分配到前后的荷载点上。
2).为降低塔材指标,新规划的直线塔分平地和山地二类,其中平地直线塔考虑1~2种使用条件的塔型,按平腿设计,导线断线张力取一相Tm的15%(500kV)和20%(220kV 及以下);山地直线塔考虑3~4种使用条件的塔型,按长短腿设计,导线断线张力对500kV 电压等级取15%(第1种使用条件的塔)、20%(第2种)及25%(第3、4种),对220kV及以下电压等级取20%(第1种)及25%(除第1种外)。在塔的结构设计计算说明书的工程概况中列出断线张力百分数。
3).山区耐张塔的荷载组合应考虑两侧正档下压、两侧负档上拔、一侧正档另一侧负档扭转的所有正常、断线、安装工况的组合;平地耐张塔(当塔型规划有时),不考虑上拔情况。所有转角塔计算工况均应叠加跳线串荷载。
4).直线塔的导线挂点当采用“I”型串时按照前、后、中三个挂点进行设计,对运行大风情况应分别考虑中挂点承担垂直荷载或前后两挂点的垂直荷载按照4:6分配的情况。
5.荷载系数
三、设计计算细则
1.主要原则:
1)确保铁塔的强度、稳定和今后的安全。
2)降低钢材耗量。
3)构件的布置合理、结构形式简洁,传力路线直接、简短、清晰。
4)合理划分部件和节间,充分发挥构件的承载潜能。
5)满足现行《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002)有关钢结构的构造要求。
6)长短腿应按计算高度减腿的原则设置,取消共用接腿,各腿独立设计。
7) 计算成果应包含我室专业小程序生成的全塔分析云图,并对云图加以整理以方便校对。
2.铁塔构件计算及断面选择
采用东北电力设计院编制的“自立式铁塔内力分析软件IGT2.0”或其它经过国家相关机构鉴定的铁塔设计软件(如VTLA2003)对铁塔进行整体有限元计算,对铁塔受力材进行选材(要求用《规程》(DL/T5092-1999)、《规定》(DL/T 5154-2002)计算)。对铁塔辅助材考虑长细比及被支撑受力材最大内力的影响设计选材,可参考“铁塔辅助材选材细则(附件4)”。横担的辅助材也应按有限元法建模计算规格。对支撑角钢规格大于Q345L125X10的V 面辅助材也应按有限元法建模计算规格,而不能仅按长细比选材。辅助材也应进行人重弯矩的验算。对于腿部交叉斜材中间的横隔面如下图所示
当新设计大肢宽、小壁厚的角钢时,应满足《钢结构》中规定的宽厚比。
轴心受压的稳定系数φ,按《规定》(DL/T 5154-2002)中附录D确定。系数φ的查对,应以修正后的长细比值Kλ去查。(当构件的长细比λ<120,且为单面连接时,应考虑构件的偏心影响;当构件为斜材或辅助材,且长细比λ≧120,每端有两个以上螺栓连接,并满足∑i约≧∑i被约时,应考虑节点的嵌固影响。其中,∑i约:约束杆件的线抗弯刚度系数总和;∑i被约:被约束杆件的线抗弯刚度系数总和。)
对单回路直线塔的曲臂,因外主材弯折,设计计算时除应满足强度要求外,应充分考虑刚度,并对构造提出要求,给出示意图。
对横担下平面等,应采取在主材与斜材间增加小三角辅助支撑的方式或其它布材方式,尽量减小主、斜材的计算长度,以达到减小构件规格的目的。
对荷载较大的直线塔和转角塔,如需主材设计成双角钢时,转角塔则由塔头到塔腿均设计成双角钢,直线塔则在变坡位以下设计成双角钢,变坡位以上尽量采用单角钢。(可采用调整塔头坡比的方法设计成单角钢,该坡比应该与电气再沟通)
主材接头均按双剪设计,应列出每个接头外包板、内包角钢的规格及螺栓数,螺栓数应进行主材肢厚的挤压验算。对于单角钢的主材,连接螺栓至少有一个以上的螺栓余度,且螺栓个数应取偶,对双角钢主材连接螺栓应有两个以上的螺栓余度,且螺栓数应为4的倍数。
对于T形组合角钢设计的塔身杆件,应按双剪设计连接螺栓个数,并应对连接板厚进行挤压验算螺栓数。
3.材质
根据塔体不同部位,构件选用不同的钢材:塔身(腿)主材部分选用单角钢、双角钢、四角钢或钢管,横担部位选用角钢;塔身(腿)主材、横担主材及作用力较大(连接螺栓多于4个)受强度控制的杆件(包含肢厚大于6mm以上的辅助材应做Q235与Q345钢种选择比较)选用Q345(Q420)钢材;塔体斜材、横隔面材、受长细比控制的杆件及其他辅助材选用Q235钢材。
4.系数取值
a.塔体风荷载调整系数ßz按新《规定》(5.7式)取值,并应在计算文件中说明取值考虑的因素。
b.构件体型系数μz按新《规定》(5.7式)取值(对钢管及角钢杆件取不同值)。
注:由于该程序只能单独计算选材为角钢或钢管,且程序对钢管风荷载体型系数自动取1.0,而实际采用0.8,故设计计算应在保证钢管杆件及角钢杆件同时满足新《规定》要求的前提下自行等效处理,并在计算总说明中对该系数的处理方法作说明。
c.对杆件的允许长细比按新《规定》(7.2.3)取值,当取不同标准时应有充分论证。
d.钢材强度设计值按新《规定》取值。所有塔当塔腿采用5、6、7、8分格时,为保证塔腿整体稳定,塔腿主、斜材钢材强度设计值按取值的0.96、0.93、0.91、0.89进行折减。
5.其它要求
a.为力求设计的合理,铁塔布材应进行优化,杆件布置应简单,受力明确,整体符合新《规定》构造要求。主要受力杆件接近满应力并效率趋于一致。
每种塔型的计算应先按角钢塔的方案进行考虑,当主材必须用双组合角钢时,还应按钢管塔方案进行计算。在方案比较时,先初步选定主材的规格,确定根开,然后按同一根开不同的布材方式进行优化,使传力简单直接,力求使长杆件受拉、短杆件受压,使各杆件的强度、刚度均匀。对作用力大、连接螺栓数量多以及选材规格大的杆件还应按单、双角钢方案进行比较,综合比较优化选出塔重最轻的方案。对受力较大的横、斜材,应有单角钢及双角钢的结果标在单线图中,供制图选择较优方案。
b.各局部验(计)算书及大样图
横担单、双角钢杆件验算书及双角钢肢向大样图;
塔腿辅助材及其螺栓计算书;
上人荷载杆件的验算书;
跳线串荷载杆件验算书;