第九章钢筋混凝土杆塔承载力计算分解Word格式.docx
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由于杆顶挠度,考虑增加12%~15%的弯矩,如图9-1所示,主杆任意截面x-x处的弯矩Mx,可按下式计算:
(9-1)
式中Mx—主杆x-x截面处的弯矩,N.m;
P1—地线风压荷载设计值,N;
P2—导线风压荷载设计值,N;
Py—计算截面x-x以上的杆身风压对x-x截面处产生的弯矩,N.m;
图9-1拔梢单杆
m—由于杆顶挠度和垂直荷载产生的附加弯矩系数,一般取0.12~0.15。
计算截面x-x以上主杆档风面积为一等腰梯形,杆身风压为
(9-2)
x-x截面以上杆身风压合力作用点,距截面x-x处的高度y为
故计算截面x-x的杆身(按锥度为1/75)风压弯矩为
(9-3)
为简化计算,杆身风压P的作用点,可考虑距截面x-x的高度为h/2,则杆身风压弯矩可变为下式:
(9-4)
式中μz—风压高度变化系数,按地面粗糙度类别和离地面或水面的高度Z(m)用指数公式计算:
A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区,μz=0.794h0.24,1.00≤μzμz≤3.12;
B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区,μz=0.478Z0.32,1.00≤μz≤3.12;
C类指有密集建筑群的城市市区,μz=0.224Z0.44,0.74≤μz≤3.12;
D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区,μz=0.08Z0.60,0.62≤μz≤3.12。
μs—构件的体型系数,环形截面电杆取0.7;
B—覆冰时风荷载增大系数,5mm冰区取1.1,10mm冰区取1.2。
βz—杆塔风荷载调整系数,对杆塔本身,当杆塔全高不超过60m时应按照表9-1对全高采用一个系
数,当杆塔全高超过60m时应按现行国家规范GB50009《建筑结构荷载规范》的规定采用由
下到上逐段增大的数值,但其加权平均值不应小于1.6;
对单柱拉线杆塔不应小于1.8;
设计基
础时,当杆塔全高不超过60m时应取1.0,全高超过60m时,应采用由下到上逐段增大的数值,
但其加权平均值不应小于1.6取1.3;
表9-1杆塔风荷载调整系数βz(用于杆塔本身)
杆塔全高H(m)
20
30
40
50
60
βz
单柱拉线杆塔
1.0
1.4
1.6
1.7
1.8
其他杆塔
1.25
1.35
1.5
注1中间值按插入法计算
2对自立式铁塔表中数值适用于高度与根开之比为4~6
D0—杆顶外径,m;
Dx—主杆x-x处的外径,m;
v—计算风速,m/s;
P—计算截面x-x以上主杆杆身风压,N;
h—计算截面x-x以上主杆高度,m。
电杆在正常运行情况下,各截面除了受弯矩作用以外,还受剪力和主拉应力的作用。
截面x-x所受剪力Vx为Vx=P+P1+3P2(9-5)
式中符号意义同前。
构件截面x-x处的最大主拉应力为:
(9-6)
式中Vx和Dx分别为计算截面x-x的剪力和外径。
在实际计算杆身弯矩时,一般应分别计算主杆的A点、B点和C点的弯矩,还应计算主杆分段和杆内抽钢筋处的弯矩。
以便选配钢筋和杆段。
二、断导线情况的计算
由于电杆不打拉线,所以电杆的长细比很大,在断线张力T的作用下,将使杆顶发生很大的位移,致使一侧地线拉紧,另一侧地线放松,从而产生地线支持力ΔT,图9-2所示为断线情况电杆的受力图。
这时对电杆截面x-x处产生的弯矩,除顺线方向的荷载(ΔT和T)引起的弯矩Mzx以外,还有不平衡垂直荷载引起的弯矩Mqx,故截面x-x的总弯矩为
(9-7)
当计算主杆强度时,应按最不利情况考虑。
取断线发生在上导线或下导线,且地线有最小支持力Tmin或最大支持力Tmax时,取其中弯矩较大者。
如图9-2所示的荷载及几何尺寸,对电杆任意截面产生的弯矩为
(9-8)图9-2拔梢单杆断线情况
当计算下横担以上主杆各截面强度时,应取断线发生在下导线左边相,且取地线有最大支持力Tmax时,这时,主杆A点的最大弯矩为
(9-9)
式中Mx—任意截面x-x处的总弯矩,N.m;
T—断线张力,N;
ΔTmin—地线最小支持力,N;
G1—地线重量设计值,N;
G2’—断线相导线重量设计值,N。
G2—未断线相导线重量设计值,N;
断导线时电杆还受扭矩Mn和剪力V的作用,可分别按下式计算:
扭矩断上导线时Mn=Tb断下导线时Mn=Ta(9-10)
剪力断线点以上截面V=ΔTmax断线点以下截面V=T-ΔTmin(9-11)
求得电杆截面的扭矩和剪力后,可按前章所述,校验主拉应力和计算螺旋钢筋规格。
三、电杆配筋及强度验算
当已知作用在电杆的弯矩后,即可按前述的式(8-53)求出电杆所需配筋和设计弯矩。
第二节拔梢门型直线杆
为了增加电杆横线路方向的强度,拔梢门型直线杆一般装有钢筋混凝土叉梁或角钢叉梁,不打拉线,采用深埋式基础,导线横担采用平面桁架横担,杆型如图9-3所示。
这种杆型占地面积较少,有较大的承载能力,断边导线时,导线横担起杠杆作用,使两根主杆只承受反力而没有扭矩,这就克服了拔梢单杆抗扭性能差的弱点,故在110kV线路普遍采用。
一、正常运行情况主杆受力计算
带叉梁的双杆,其结构属于超静定体系。
电杆在土中的嵌固情况,电杆的刚度、节点构造等都影响受力分配,因此,要十分准确地计算电杆受力是困难的,目前工程上采用下述的近似计算方法。
假定地面以下1/3埋深处为电杆的嵌固点。
在水平荷载作用下,从叉梁的下节点3到嵌固点4之间的一段主杆,存在一个由正弯矩过渡到负弯矩的反弯点,反弯点的弯矩等于零,称为零力矩点,该点只承受轴向力和剪力,可视为一个铰接点。
只要确定了零力矩点的位置,则零力矩点以上及以下的主杆均成为静定结构,这时可用图9-4所示的受力计算图形、用静定方法计算。
图9-3拔梢门型直线杆图9-4拔梢门型电杆受力计算图形图9-5带叉梁门型杆弯矩图形
对等径电杆,零力矩点的位置在点3、4的中央(0-0处),即图9-3中的h5/2处。
对拔梢杆可认为零力矩点距点3、4的距离h3和h4分别与主杆点3、4的断面系数W3和W4成正比。
即
,
对环形截面的断面系数可按下式计算(9-12)
式中D和d分别为环形截面的外径和内径,mm。
零力矩点的位置确定之后,即可按图9-4,用下式求零力矩点处的水平反力RP和垂直反力RV
(9-13)
(9-14)
式中P和PZ为零力矩点以上杆身风压及其对零力矩点的弯矩。
考虑两杆受力的不均匀性,主杆各点弯矩按下式计算:
M1=0.55(2P1h+2P1Z1)(9-15)
M2=0.55[2P1(h+h1)+3P2h1+2P2Z2](9-16)
M3=1.05RPh3(9-17)
M4=1.05(RPh4+P4Z4)(9-18)
式中P1Z1及P2Z2—分别为点1、2以上杆身风压对该点的弯矩(N.m);
P4Z4—为h4处杆身风压对嵌固点4的弯矩(N.m);
0.55、1.05—为主杆外弯矩分配系数。
弯矩图形如图9-5所示,从图中看出:
由于叉梁的存在,显著地减少了主杆的弯矩。
二、断导线情况主杆受力计算
对门型直线双杆,在正常运行情况及断线情况下主杆的受力分配如表9-2所示。
表9-2运行情况及断线情况下主杆受力分配
序号
特征
杆型受力简图
运行情况
断线情况分配法I
断线情况分配法II
1
无地线
无叉梁
A杆,0.5ΣP
B杆,0.5ΣP
A杆,0
B杆,1.0
2
有叉梁
A杆,0.45ΣP
B杆,0.55ΣP
3
有地线
A杆,0.85·
B杆,0.85·
A杆,-0.20
B杆,1.20
4
5
有顺线路
V形拉线
A杆,
B杆,
表9-2所列双杆直线杆主柱的受力分配是由理论和实验研究得出的。
对无地线直线双杆,当边导线断线时,离断线相近的B柱,几乎承受全部断线相导线张力,而远离断线相的A柱,则几乎不承受断线相导线张力。
因此,B柱的分配系数mB=1,A柱的分配系数mA=0。
如果两主柱为刚性结构,如双柱自立式铁塔,顺线路方向有拉线的直线双杆,则以横担和电杆的接触点为支点按简支梁求支点反力。
由各力对支点B的力矩和为零,即Ta-RAb=0,得RA=Ta/b=mAT,mA=a/b;
由各力对支点A的力矩和为零,即T(a+b)-RBb=0,得RB=T(a+b)/b=mBT,mB=(a+b)/b。
对于有地线无顺线路方向拉线的钢筋混凝土直线双杆,顺线路方向的刚度较小,地线只能起一部分支持作用,故分配系数应乘以折减系数0.85,即mA=0.85a/b,mB=0.85(a+b)/b。
确定了主杆断线情况受力分配后,考虑地线的支持作用,其电杆的计算方法与上述的单杆断线情况计算相同。
三、叉梁内力计算
叉梁内力受正常运行最大风情况控制,可通过作用于零力矩点以上一根主杆的所有水平力,对叉梁下节点或上节点的力矩平衡条件求得。
今对叉梁下节点3求力矩平衡,并设叉梁上节点2的水平力为Q,取ΣM3=0,则有
所以(9-19)
式中P3’Z3’—为点3到零力矩点主杆风压对点3的弯矩,N.m。
求出水平力Q之后,则叉梁的内力为N(压力或拉力)可用下式求得:
式中θ—叉梁与主杆的夹角。
求得叉梁内力N后,可按轴心受压和受拉构件进行强度计算。
第三节拉线单杆
拉线单杆,通常由等径杆段组成。
110kV及以下的线路采用ф300mm等径杆段。
拉线单杆具有经济指标低、材料消耗少、施工方便、基础浅埋,可充分利用杆高等优点。
其缺点是由于打四根拉线,不便农田机耕,抗扭性能差,往往需要采用转动横担以降低扭矩,故使用范围受一定限制。
当导线截面较小,电杆抗扭及抗切能力满足要求时,可采用
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