浅谈单杆式钢管避雷针的设计

由于本次试验的基础数量有限, 建议人工斜掏 挖角钢插入式基础应用于复杂地质条件或更高电压 等级时, 进一步加强工作特性及机理的研究。
3 参考文献
1 郭青, 贾建民. 送电线路斜插式基础设计中力系转换方 法的探讨. 山西电力技术, 1998( 6)
2 张益国, 齐立忠, 范昌 华. 铁塔斜 插式基础 计算问题 的探讨. 电力 建设, 1996( 8)
范#的要求, 径厚比不超过 100( 235/ f y) , 材料强度往 往不能充分发挥。设计过程中, 为了节省钢材, 充分 利用钢材强度, 以最少的材料获得最大截面惯性矩
和截面模量, 设计人员希望使用较大的径厚比, 即用
较大的直径和较薄的壁厚, 但壁厚越薄, 钢管越容易 出现局部失稳。
国外多本规范将钢管局部稳定与 W / t 挂钩, 当
单杆式钢管独立避雷针根据高度不同一般由 5 ~ 8 段组成, 受折板机、镀锌槽及运输条件等 限制, 每段钢管杆件的长度一般不超过 12 m。避雷针下部 由几根锥形管套接而成, 顶部由于小直径锥形管制 作困难, 常采用等直径钢管制作, 通过法兰与下部锥 形管连接。
1 荷载计算
钢管独立避雷针承受的荷载比较简单, 主要有
j 第 j 段杆件底部的最大应力; ! 截面塑性发展系数, 取 1. 15;
Wi 净截面模量; f 钢材强度设计值。对于避雷针, 在荷
载标准值作用下, 其应力不宜大于 80 N/ mm2。 2. 2 局部稳定
为保证钢管 构件的局 部稳定, ∀ 钢结构设 计规
范# 要求 圆管 截 面外 径 与壁 厚 之比 不 应超 过 100 ( 235/ f y) ( f y 为钢材的屈服强度) 。避雷针近似纯弯 构件, 径厚 比越大, 材 料越省, 如 按∀ 钢结构设 计规
3 SDGJ62 84∀送电线路基 础设计 技术 规定# . 北京: 水 利电力 出版 社, 1986
4 JGJ94 94∀建筑桩基技术规范# . 北京: 中国建筑工业出版社, 1995 5 JGJ106 2003∀基桩检测技术 规范# . 北京: 中 国建筑 工业出 版社,
2003
( 责任编辑: 李连成)
避雷针变形较大, 计算时宜考虑 P ∀( 荷载与变形
位移) 效应。另外, 根据∀变电所建筑结构设计技术
规定#, 针管部分的变形不作要求, 只需满足在荷载 标准值作用下其应力不大于 80 N / mm2 即可。
3 材料及连接设计
3. 1 材料 单杆 式 钢 管 独 立 避 雷 针 常 用 材 料 有 Q235、
避雷针本身自重、杆身水平风荷载和地震荷载。由
于钢管避雷针上小下大, 且结构上没有任何附加重
力荷载, 地震荷载一般不起控制作用, 下面主要介绍
避雷针风荷载的计算。
避雷针风荷载一般分段计算, 每段荷载按均布
考虑, 为保证计算精度, 杆件分段长度 宜取 5 m 左
右, 杆身风荷载计算公式为:
Ws= 1 1W0 z s z d
中图分类号:TM763 文献标 识码: B 文章编号: 1000- 7229( 2004) 10- 0028- 02
Primary Discussion about Design of Single- steel- pole Lightning Rod
Tao Chun, Wu Bihua
( Central Southern China Electric Power Design Institut e, W uhan City, 430071)
[ Keywords] independent lightning rod; taper steel pole; design and calculation method
变电所和电厂独立避雷针高 度一般在 20~ 50 m, 以往受材料和加工能力的限制, 避雷针一般设计 成格构式钢结构, 横截面为矩形或三角形, 主材一般 为角钢或钢管, 辅材为角钢或钢筋, 也有主材和辅材 全部采用钢筋的。格构式避雷针取材容易, 不受加 工条件限制, 但由于杆件多, 螺栓连接或焊接工程量 较大, 导致加工复杂, 现场安装也比较麻烦。另外, 由于格构式避雷针是空间杆系结构, 计算和绘图工 作量都很大, 设计一根新的避雷针往往要花很长时 间。随着新材料和加工能力的提高, 冷弯成型焊接 直缝锥形钢管在城市照明和输电杆塔工程中得到广 泛应用, 由锥形管制作的单杆式钢管独立避雷针也 应运而生。与传统格构式避雷针相比, 单杆式钢管 独立避雷针由几根锥形钢管套接而成, 设计、加工和 安装都比较简单, 大大减少了设计和施工工作量, 已 越来越多地应用在工程中。
!
925。
十六边形截面: 当 f a = f 时, 其计算公式为Wt !
545; 当 f a= 1. 42f ( 1- 0. 000539 f
f
W t
)
时,
其计
算公
式为 545 ! 式中 D
W
f
W t
!
925。
圆管外径;
多边形边长;
t 钢管厚度;
f a 构件局部稳定强度设计值。
2. 3 变形计算
避雷针属高柔结构, 除需进行承载力计算外, 尚 应进行正常使用下的变形验算。根据∀变电所建筑
图 9 基 底土的抗力分布
( 上接第 21 页) 控制混凝土入模温度。
6 结束语
大型块状混凝土基础分层浇筑, 由于下部混凝 土的约束作用, 在上部新浇混凝土降温过程中, 新浇 混凝土中约束拉应力超过混凝土本身的强度, 易产 生温度收缩裂缝。
针对混凝土这种特性, 施工时应避免采用分层 浇筑的施工方法, 争取 1 次成型, 不留水平施工缝, 消除温度收缩裂缝。当因施工现场情况无法 1 次施 工, 必须分层浇筑时, 应从增强混凝土的抗裂强度和 降低混凝土的收缩应力 2 方面采取措施, 避免产生 裂缝。
部稳定设计可按此∀规定#执行。环形及多边形钢管受
弯构件局部稳定计算公式如下:
环形 截 面: 当 f a =
Leabharlann Baidu
f
时,
其计
算
公
式
为
D t
!
380f 60;
当fa=
0.
7f
+
1D14/1f0时,
其计算公式为38060 f
!
D t
!
76130。 f
四、六、八边形截面: 当 f a= f 时, 其计算公式为
W t
( 责任编辑: 王苹志)
( 上接第 29 页) 3. 2 连接设计
单杆式钢管避雷针上下锥形管之间的连接有 2 种方式: 套接和法兰连接。套接与法兰连接相比, 加 工简单, 安装方便, 在工程中应用较多。套接接头的 长度不小于外面套入段最大内径的 1. 5 倍, 套接杆 段( 1. 5 倍管 径+ 200 mm 范围内) 的纵向 焊缝必须 100% 焊透, 并进行 100% 超声波或磁粉探伤。钢管 套接安装时尚应保证一定的套接压力。
避雷针与基础的连接方式有插入式和螺栓连接 2 种。当采用插入式连接时, 钢管插入基础杯口 内 的深度不宜小于 1. 5 倍钢管直径。当采用螺栓连接 时, 柱脚法兰及螺栓计算可参考 DL/ T5130 2001∀架 空送电线路钢管杆设计技术规定#的有关规定。
( 责任编辑: 李连成)
式中 W 0 1. 1
当地基本风压; 高耸结构基本风压的增大系数;
z 风压高度变化系数, 按荷载规范有关
规定采用;
s 风荷载体形系数, 与钢管截面形状有
关, 当 zW0 d2 0. 015 时, 环形截 面 取 0. 6、十六边形取 0. 9、十二边形取 1. 0、八 边形 取 1. 2; 当 zW0 d2 ! 0. 002 时取 1. 2, 中间值按插值法选取;
!
660; 当 f a = f
1. 42f ( 1-
0. 000448
f
W t
)
时,
其计
算公式为 660 !
f
W t
!
925。
十二边形截面: 当 f a = f 时, 其计算公式为Wt !
610; 当 f a= 1. 42f ( 1- 0. 000507 f
f
W t
)
时,
其计
算公
式为 610 !
f
W t
W/ t ! a 时, 勿需考虑局部失稳, 当 a< W/ t ! b 时, 考 虑局部失稳, 钢材的容许应力折减。我国新颁布的 DL/ T 5130 2001∀架空送电线路钢管杆设计技术规定#, 对
于钢管构件局部稳定的规定与国外规范基本相同, ∀规
定#提供了环形及多边形钢杆的局部稳定的计算公式。 经力学试验表明, 此标准是安全可靠的, 钢管避雷针局
第 25 卷 第 10 期
∃ 28 ∃ 2004 年 10 月
电 力建 设 Electric Power Construction
Vol. 25 No. 10 Oct, 2004
浅谈单杆式钢管避雷针的设计
陶 春, 吴必华
( 中南电力设计院, 武汉市, 430071)
[ 摘 要] 单 杆式锥形钢管避雷针主要受风荷载作用, 为节约钢 材, 宜 取径厚比大 的管材。但径 厚比越 大, 越 容易 失稳。在强度计算时应取最大风速工况, 按纯弯构件进行 计算。 [ 关键词] 独立避雷针 锥形钢管 设计及计算方法
z 风振系数, 按∀变电所建筑结构设计技
术规定#取 2. 0; d 杆身直径的平均值。
收稿日期: 2004- 05- 14
第 10 期
浅谈单杆式钢管避雷针的设计
∃ 29 ∃
2 强度及变形计算
2. 1 强度计算
因为避雷针以承受风荷载为主, 地震荷载一般 不起控制作用, 所以在强度计算时取大风工况。为
Q345、Q390 等, 常 用截面形状有圆环形、正多边形, 正多边形钢管边数不宜小于八边。为节省钢材, 在 满足局部稳定的条件下, 尽量使用径厚比较大的钢 管, 有条件时可选用强度较高的钢材。
( 下转第 36 页)
∃ 36 ∃
电力建设
第 25 卷
图 8 基础斜立 柱两侧土体的抗力分布
置下移。基础立柱两侧的土体, 有效发挥了抵抗水 平力的作用。而基底土抗力 随外加荷 载增加而 增 大, 承 载 力主 要 由端 承担, 基底 土 承力 占 60% ~ 70% 。基底土压抗力分布与垂直力和水平力共同作 用下土抗力分布的规律相同: 水平力作用侧大, 水平 力作用对侧小。
结构设计技术规定#, 避雷针可取最大风速的荷载标
准值乘以 0. 5 的准永久值系数作为正常使用极限状 态变形验算荷载 条件, 避 雷针容 许挠度值 为 H / 70
( H 为避雷针高度) 。
单杆式钢管独立避雷针的挠度采用手算非常复
杂, 在实际工程中, 我院采用∀空间结构分析计算程 序#STAAD CHINA 进行 计算, 非常方便 快捷。由 于
简化可忽略避雷针自重, 按纯弯构件进行计算。其
最大弯矩、应力计算为( 2) 式和( 3) 式:
j
Mj =
% 1.
i= 1
4Pih
i
( 2)
j = Mj / !Wi ! f
( 3)
式中 Mj Pi hi
第 j 段杆件底部最大弯矩设计值; 第 i 段杆件的风荷载集中力; 第 i 段杆件中部至j 段杆件底部的高 度。