架空送电线路杆塔结构设计技术规定.docx
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架空送电线路杆塔结构设计技术规定.docx
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架空送电线路杆塔结构设计技术规定
ICS27.100
P62
备案号:
J172-2002
中华人民共和国电力行业标准
PDL/T5154-2002
架空送电线路杆塔
结构设计技术规定
TechnicalRegulationofdesignfortowerandpole
structuresofoverheadtransmissionline
主编部门:
西南电力设计院
批准部门:
中华人民共和国国家经济贸易委员会
2002-04-27发布2002-09-01实施
中华人民共和国国家经济贸易委员会发布
前言
本规定是根据DL/T5092—1999《110~500kV架空送电线路设计技术规程》,对《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》SDGJ94—1990的修订。
本规定较修订前的标准有以下重要技术内容的改变:
(1)适用范围由(35~500)kV改为(110~500)kV线路杆塔的结构设计,并明确通信杆塔设计可参照采用。
(2)修订中纳入了以往工作实践中的成功经验。
(3)结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,在与SDGJ94—1990技术规定基本衔接的条件下,与国内的其他有关土建标准相协调。
(4)对SDGJ94—1990技术规定的部分条文作了删改,增加了部分新条文。
本规定发布之日起代替SDGJ94—1990。
本规定的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E、附录F和附录G均为标准的附录。
本规定由电力行业电力规划设计标准化技术委员会提出并归口。
本规定主编单位:
西南电力设计院
本规定参编单位:
中国电力建设工程咨询公司、电力建设研究所、华东电力设计院、西北电力设计院、中南电力设计院。
本规定主要起草人:
何尧章、魏顺炎、罗命达、李正、曹健勋、翁炳华、李喜来、唐国安、吴骁、郭跃明、梁政平、秦益芬。
本规定由电力行业电力规划设计标准化技术委员会负责解释。
目次
前言
1范围
2引用标准
3总则
4术语和符号
5荷载
6材料
7基本规定
8构件计算及断面选择
9连接计算
10构造要求
附录A(标准的附录)镀锌钢绞线规格及强度标准值
附录B(标准的附录)双杆受力分配表
附录C(标准的附录)桁架内力分析简化表
附录D(标准的附录)铁塔轴心受压构件稳定系数
附录E(标准的附录)等直径钢管起振临界风速Vcr曲线
附录F(标准的附录)环形截面混凝土电杆斜截面承载力计算
附录G(标准的附录)用词和用语说明
条文说明
1范围
1.0.1本规定适用于新建的110kV~500kV架空送电线路杆塔结构的设计,通信杆塔设计可参照采用。
1.0.2临时送电线路的杆塔结构可参照本规定设计,但标准可适当降低。
1.0.3原有送电线路的升压改造和改建,可根据具体情况和已有线路的运行经验,参照本规定进行杆塔结构的验算和设计。
2引用标准
下列标准所包含的条文,通过在本规定中引用而构成为本规定的条文。
本规定出版时,所示版本均为有效。
所有标准都会被修订,使用本规定的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
GB1300—1977焊接用钢丝
GB1200—1988镀锌钢绞线
GB50191—1993构筑物抗震设计规范
GB13788—1992冷轧带肋钢筋
GB/T700—1982碳素结构钢
GB/T1591—1994低合金高强度结构钢
GB/T5117—1995碳钢焊条
GB/T5118—1995低合金钢焊条
GB/T3098.1—1982紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱
GB/T3098.2—1982紧固件机械性能螺母粗牙螺纹
GBJ68—1984建筑结构设计统一标准
GBJ9—1987建筑结构荷载规范
GBJ17—1988钢结构设计规范
GBJ10—1989混凝土结构设计规范
DL/T5092—1999110~500kV架空送电线路设计技术规程
3总则
3.0.1本规定遵照DL/T5092—1999《110~500kV架空送电线路设计技术规程》中有关杆塔结构设计的主要原则编制,作为该规程的补充。
3.0.2杆塔结构设计采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用可靠度指标度量结构构件的可靠度。
在规定的各种荷载组合作用下或各种变形或裂缝的限值条件下,满足线路安全运行的临界状态。
3.0.3杆塔设计采用新理论、新材料或新结构型式,当缺乏实践经验时,应经过试验验证。
3.0.4在进行杆塔设计时,凡本规定未作出规定的,应符合现行国家标准和电力行业标准的有关规定。
4术语和符号
4.1术语
4.1.1铁塔长短腿UnequalLegExtension
设计铁塔时,为适应各塔腿间的地形高差而设计成不同长度的塔腿。
4.1.2插入角钢(钢管)Stub
上端连接塔腿主材,下端插入基础立柱的连接铁塔与基础的短角钢(钢管)。
4.2符号
(一)
A——塔架的轮廓面积,构件毛截面面积,混凝土截面面积;
Af——构件承受风压投影面积计算值;
AI——绝缘子串承受风压面积计算值;
An——构件净截面面积;
Ao——电杆换算截面面积;
Ap——纵向预应力钢筋截面面积;
As——纵向普通钢筋截面面积;
B——电杆刚度、底板宽度;
BL、Bs——构件的长期刚度、短期刚度;
CG、CQi——永久荷载、可变荷载的荷载效应系数;
Do——钢管外径,电杆外径;
Ec——混凝土弹性模量;
Es——钢材、钢筋的弹性模量;
Gk——永久荷载标准值;
H——电杆拉线点至地面的距离;
I——截面的惯性矩;
Io——换算截面的惯性矩;
K——塔身风载断面形状系数,构件长细比修正系数;
L、Lo——长度、计算长度;
Lp——杆塔的水平档距;
Lw——焊缝的计算长度;
M——弯矩;
Mcr——电杆开裂弯矩;
MLx——电杆拉线点以上的外力引起的端弯矩;
ML、Ms——长期、短期效应组合下的弯矩;
Mox——法兰的板中弯矩;
Mx——计算截面的弯矩,绕X轴的弯矩;
My——绕Y轴的弯矩;
N——轴心拉力或压力;
Nb——法兰板中一个螺栓所对应的管壁中的拉力;
Ncr——电杆开裂轴力;
Nt、Nv——每个螺栓所承受的拉力、剪力设计值;
Nkp——临界压力;
NL、Ns——长期、短期效应组合下的轴向力;
Npo——混凝土法向预应力等于零时预应力钢筋的合力;
Nu——偏心受拉构件的正截面受拉承载力;
Nbc、Nbt、Nbv——每个螺栓承压、受拉和承剪承载力设计值;
Nat——每个锚栓受拉承载力设计值;
Nbtmax——法兰盘上受力最大的一个螺栓的拉力;
P——单个角钢锚固件允许承受的剪力荷载;
Q——均布反力;
Qik——第i项可变荷载标准值;
R——结构抗力设计值;
Rf——法兰板之间顶力;
S——螺栓间距,螺旋筋间距;
SEk、SEvk——水平地震、竖向地震作用标准值效应;
SGγ——重力荷载代表值效应;
SQ——导线及地线张力可变荷载的代表值效应;
Swk——风荷载标准值效应;
T——基础作用上拔力;
T1——一个底脚螺栓承受的上拔力;
Tk、Tu——外荷载引起的扭矩、抗裂扭矩;
V——基准高度的风速;
Vcr——等径钢管起振临界风速;
Vs——剪力,垂直于插入角钢的剪力;
Vu——抗剪承载力设计值;
W——截面抵抗矩;
Wd——电杆换算截面弹性抵抗矩;
WI——绝缘子串风荷载标准值;
Wo——基准风压标准值;
Wsa、Wsb——风垂直于“a”面及“b”面吹时,塔身风荷载标准值;
Wsc——风垂直于横担正面吹时,横担风荷载标准值;
Ws——风向与塔面相垂直时,杆塔风荷载标准值;
Wt——截面受扭塑性抵抗矩;
Wx——垂直于导、地线方向的水平风荷载标准值,绕X轴的截面抵抗矩;
Wy——绕Y轴的截面抵抗矩;
Yi——法兰螺栓中心到旋转轴的距离;
Y1——受力最大螺栓中心到旋转轴的距离。
(二)
a——张拉端锚具变形和钢筋内缩值;
b——插入角钢的角钢锚固件的肢宽,角钢翼缘板自由外伸宽度;
d——导、地线外径,圆断面杆件直径,螺栓杆直径;
de——螺栓或锚栓在螺纹处的有效直径;
eo——轴向力作用点至截面中心的距离;
f——钢材的强度设计值,普通钢筋的抗拉强度设计值,挠度;
f——普通钢筋的抗压强度设计值;
fc——混凝土的抗压强度设计值;
fck——混凝土的轴心抗压强度标准值;
fcm——混凝土的弯曲抗压强度设计值;
fcmk——混凝土的弯曲抗压强度标准值;
fcu——施加预应力时混凝土立方体抗压强度(脱模强度);
fg——钢绞线的抗拉强度设计值;
fp、f′p——预应力钢筋的抗拉、抗压强度设计值;
fpy、fpty——预应力钢筋、热处理钢筋的强度标准值;
fst——冷拔钢丝的强度标准值;
fsv——螺旋钢筋的抗拉强度设计值;
ft——混凝土的抗拉强度设计值;
ftk——混凝土的抗拉强度标准值;
fu——钢材的抗拉强度标准值;
fv——钢材的抗剪强度设计值;
fy——钢材、钢筋的强度标准值;
fbc——钢材的孔壁承压强度设计值;
fWc、fWt——对接焊缝的抗压、抗拉强度设计值;
fWf——角焊缝的强度设计值;
fat、fbt——锚栓、螺栓的抗拉强度设计值;
fbv——螺栓的抗剪强度设计值;
h——高度,深度;
he——角焊缝的有效厚度;
hf——较小焊脚尺寸;
m——构件强度折减系数,法兰螺栓受力修正系数;
mM——受弯构件稳定强度折减系数;
mN——压杆稳定强度折减系数;
n——法兰盘上螺栓数目,角钢锚固件数目;
nv——承剪面数目;
q——杆身风压均布荷载;
ri——对i轴的回转半径;
r1、r2——电杆(或钢管)的内、外半径;
rp、rs——纵向预应力钢筋、普通钢筋所在圆半径;
t——板厚度,角钢肢厚,钢管壁厚;
x——插入角钢的锚固件上反力呈三角形分布长度;
(三)
α——风压不均匀系数,受压区混凝土截面面积与全截面面积的比值;
αE——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比;
αEP——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比;
αct——混凝土拉应力限制系数;
αt——受拉纵向钢筋与全部纵向钢筋截面面积的比值;
β——弯矩系数;
βc——500kV线路导、地线风荷载调整系数;
βf——正面角焊缝的强度设计值增大系数;
βz——杆塔风荷载调整系数;
γ——受拉区混凝土塑性影响系数;
γEQ——导、地线张力可变荷载的分项及组合综合系数;
γEh、γEv——水平、竖向地震作用分项系数;
γG——永久荷载分项系数;
γGE——重力荷载分项系数;
γo——结构重要性系数;
γQi——第i项可变荷载的分项系数;
γRE——承载力抗震调整系数;
η——塔架背风面荷载降低系数,偏心距增大系数;
θ——夹角,圆心角;
λ——构件长细比;
μs——构件的体型系数;
μsc——导线或地线的体型系数;
μz——风压高度变化系数;
ν——与纵向受力钢筋表面特征有关的系数;
ρ——配筋率;
σ——正应力;
σcon——张拉控制应力;
σf——垂直于焊缝长度方向的应力;
σL——预应力总损失;
σL1——锚具变形和钢筋内缩引起的预应力损失;
σL3——张拉钢筋与钢模间的温差引起的预应力损失;
σL4——预应力钢筋的应力松弛损失;
σL5——混凝土收缩、徐变引起的预应力损失;
σLc——荷载长期效应组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力;
σm——抗裂验算时截面上混凝土的平均应力;
σp——考虑第一批预应力损失后,预应力钢筋作用在混凝土截面上的法向应力;
σpc——考虑预应力总损失后,混凝土截面上的有效预应力;
σpo——预应力钢筋的有效预应力;
σsc——荷载的短期效应组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力;
τ——剪应力;
τf——沿焊缝长度方向的剪应力;
——轴心受压构件的稳定系数;
——环形截面钢筋混凝土电杆稳定系数;
——环形截面预应力混凝土电杆稳定系数;
ψ——可变荷载组合系数;
ψW——风荷载分项与组合综合系数;
ζ——受拉钢筋的应变不均匀系数;
δ——结构或构件变形的规定限制值;
δfmax——最大裂缝宽度;
Δt——钢模与钢筋之间的温差;
ω——相对含筋率。
5荷载
5.1一般规定
5.1.1杆塔承受的荷载一般分解为:
横向荷载、纵向荷载和垂直荷载三种。
横向荷载是沿横担方向的荷载,纵向荷载是垂直于横担方向的荷载,垂直荷载是垂直于地面方向的荷载。
5.1.2直线型杆塔应计算与线路方向成0°、45°(或60°)及90°的三种最大风速的风向;对一般耐张型杆塔可只计算90°一个风向;对终端杆塔,除计算90°风向外,还需计算0°风向;对悬垂转角杆塔和耐张杆塔转角度数较小时,还应考虑与导、地线张力的横向分力相反的风向;对特殊杆塔应计算最不利风向。
5.1.3风向与导、地线方向或塔面成夹角时,导线、地线风载在垂直和顺线条方向的分量,塔身和横担风载在塔面两垂直方向的分量,按表5.1.3选用。
表5.1.3角度风吹时风荷载分配表
风向角
θ
(°)
线条风荷载
塔身风荷载
水平横担风荷载
备注
X
Y
X
Y
X
Y
0
0
0.25WX
0
Wsb
0
Wsc
45
0.5WX
0.15WX
K×0.424×
(Wsa+Wsb)
K×0.424×
(Wsa+Wsb)
0.4Wsc
0.7Wsc
60
0.75WX
0
K×(0.747Wsa
+0.249Wsb)
K×(0.431Wsa
+0.144Wsb)
0.4Wsc
0.7Wsc
90
WX
0
Wsa
0
0.4Wsc
0
注:
1X、Y分别为垂直与顺导、地线方向风荷载的分量;
2WX为风垂直导、地线方向吹时,导、地线风荷载标准值,按式(5.6-1)计算;
3Wsa、Wsb分别为风垂直于“a”面及“b”面吹时,塔身风荷载标准值,按公式(5.7)计算;
4Wsc为风垂直于横担正面吹时,横担风荷载标准值,按公式(5.7)计算;
5K为塔身风载断面形状系数:
对单角钢或圆断面杆件组成塔架取1.0,对组合角钢断面取1.1。
5.1.4各类杆塔均应计算线路正常运行情况、断线(含分裂导线时纵向不平衡张力)情况和安装情况下的荷载组合,必要时尚应验算地震等稀有情况。
5.1.5终端杆塔应考虑变电所侧导、地线已架设和未架设两种情况,对双回路及多回路杆塔应按实际情况考虑分期架设的情况。
5.2正常运行情况
5.2.1各类杆塔的正常运行情况,应计算下列荷载组合:
1最大风速、无冰、未断线(包括最小垂直荷载和最大水平荷载的组合);
2最大覆冰、相应风速及气温、未断线;
3最低气温、无冰、无风、未断线(适用于终端和转角杆塔)。
5.3断线情况
5.3.1直线型杆塔(含悬垂转角杆塔)的断线(含分裂导线时纵向不平衡张力)情况,应计算下列荷载组合:
1断导线(含分裂导线时纵向不平衡张力)情况:
1)单回路和双回路杆塔:
单导线时,断任意一根导线;分裂导线时,任意一相有不平衡张力。
地线未断、无风、无冰。
单导线的断线张力,应按照表5.3.1-1的规定选用。
表5.3.1-1单导线断线张力与最大使用张力的百分比值
钢芯铝绞线型号
钢筋混凝土杆及拉线铁塔
自立式铁塔
LGJ—95/20及以下
30
40
LGJ—120/20~LGJ—185/45
35
40
LGJ—240/20及以上
40
50
两分裂导线的纵向不平衡张力,对平地及山地线路,应分别取一相导线最大使用张力的20%及25%。
两分裂以上导线的纵向不平衡张力,对平地、丘陵及山地线路,应分别取不小于一相导线最大使用张力的15%、20%及25%,且均不应小于标准值20kN。
2)多回路杆塔:
单导线时,断任意两根导线;分裂导线时,任意两相有纵向不平衡张力。
断线张力或纵向不平衡张力仍按单回路和双回路杆塔的规定选用。
地线未断、无风、无冰。
2地线不平衡张力情况:
不论多少回路的杆塔,任意一根地线有不平衡张力,导线未断、无冰、无风。
地线的不平衡张力,应按照表5.3.1-2的规定选用。
表5.3.1-2地线不平衡张力与最大使用张力的百分比值
杆塔类别
钢筋混凝土杆
拉线铁塔
自立式铁塔
330kV及以下线路
15~20
30
50
500kV线路
20~30
40
50
3转动横担或变形横担的启动力,应满足运行和施工的安全要求。
一般110kV线路采用标准值(2~3)kN;220kV线路采用标准值(5~6)kN。
5.3.2耐张型杆塔(不论多少回路)的断线情况,应计算下列荷载组合:
1对交流线路杆塔:
在同一档内断任意两相导线(终端杆塔应考虑作用有一相或两相张力的不利情况)、地线未断、无冰、无风;
2对直流线路杆塔:
在一档内断任意一极导线(终端杆塔应考虑作用有一极或两极张力的不利情况),地线未断、无冰、无风;
3断任意一根地线、导线未断、无冰、无风;
4断线情况时,所有的导线和地线的张力,均应分别取最大使用张力的70%及80%。
5.3.3重冰区线路各类杆塔断线(含纵向不平衡张力)情况时的导线及地线张力,应按覆冰不小于正常覆冰荷载的50%、无风和气温为-5℃的条件,由计算确定。
各类杆塔的断线数目应按照非重冰区的规定;同时,尚应验算导线及地线同时存在有不均匀脱冰情况的各种荷载组合。
5.3.4直线杆塔的导、地线断线张力(含纵向不平衡张力)及耐张杆塔的导、地线张力均按静态荷载计算。
5.4安装情况
5.4.1各类杆塔的安装情况,应按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑下列荷载组合:
1直线型(含悬垂转角型)杆塔的安装荷载:
1)提升导线、地线及其附件时发生的荷载。
包括提升导、地线、绝缘子和金具等重量(一般按2.0倍计算)和安装工人及工具的附加荷载,提升时应考虑动力系数1.1,附加荷载可按表5.4.1选用。
表5.4.1附加荷载标准值单位:
kN
类别
荷载
电压Kv
导线
地线
直线型
杆塔
耐张型
杆塔
直线型
杆塔
耐张型
杆塔
110
1.5
2.0
1.0
1.5
220~330
3.5
4.5
2.0
2.0
500
4.0
6.0
2.0
2.0
2)导线及地线锚线作业时,锚线对地夹角应尽量小,一般按不大于20°考虑,锚线张力动力系数采用1.1,此时,挂线点处的垂直荷载,取锚线张力的垂直分量和导、地线重力及附加荷载之和,纵向不平衡张力分别取导线、地线张力与锚线张力纵向分量之差。
3)直流线路单柱拉线杆塔,在单极导线锚线时,宜在另一极导线横担端部设置临时拉线。
2耐张型杆塔的安装荷载:
1)导线及地线荷载:
锚塔:
锚地线时,相邻档内的导线及地线均未架设;锚导线时,在同档内的地线已架设。
紧线塔:
紧地线时,相邻档内的地线已架设或未架设,同档内的导线均未架设;紧导线时,同档内的地线已架设,相邻档内的导线已架设或未架设。
2)临时拉线所产生的荷载:
锚塔和紧线塔均允许计及临时拉线的作用,临时拉线对地夹角不大于45°,其方向与导线、地线方向相一致,临时拉线一般可按平衡导、地线张力的30%考虑。
但对500kV杆塔导线、地线临时拉线分别按平衡导线、地线张力标准值20kN与5kN考虑。
3)紧线牵引绳所产生的荷载:
紧线牵引绳对地夹角一般按不大于20°考虑,计算紧线张力时应计及导、地线的初伸长、施工误差和过牵引的影响。
4)安装时的附加荷载:
按表5.4.1选用。
3导线、地线的架设次序,一般考虑自上而下地逐相(根)架设。
4水平和接近水平且可能上人的铁塔杆件,应能承受1000N人重荷载设计值,此时,不与其他荷载组合。
5.5验算情况*
*验算情况是指稀有气象条件、地震、不均匀覆冰,以及其他特殊情况。
5.5.1位于基本地震烈度为七度及以上地区的混凝土高塔和位于基本地震烈度为九度及以上地区的各类杆塔应进行抗震验算。
验算条件:
风荷载取最大设计值的30%,无冰、未断线。
5.5.2外壁的坡度小于2%的圆锥形构件和圆筒形钢管构件,应计及风激横向振动的效应,必要时应采取适当的防护措施。
5.6导线及地线风荷载的标准值
Wx=α·Wo·μz·μsc·βc·d·Lp·sin2θ(5.6-1)
Wo=V2/1600(5.6-2)
式中:
Wx——垂直于导线及地线方向的水平风荷载标准值,kN。
α——风压不均匀系数,根据设计基准风速,按照表5.6-1的规定选定。
表5.6-1风压不均匀系数α和导地线风荷载调整系数βo
风速V
m/s
≤10
15
20≤V<30
30≤V<35
≥35
α
计算杆塔荷载
1.00
1.0
0.85
0.75
0.70
校验杆塔电气间隙
1.00
0.75
0.61
0.61
0.61
βc
计算500kV杆塔荷载
1.00
1.00
1.10
1.20
1.30
注:
对跳线等档距较小者的杆塔荷载计算,α宜取1.0
βc——500kV线路导线及地线风荷载调整系数,仅用于计算作用于杆塔上的导线及地线风荷载(不含导线及地线张力弧垂计算和风偏角计算),βc应按照表5.6-1的规定选用;其他电压级的线路βc取1.0。
μz——风压高度变化系数,按表5.6-2的规定选用,一般可按地面粗糙度B类计算。
表5.6-2风压高度变化系数μz
离地面或海
平面高度
m
地面粗糙度类别
330kV及以下杆塔
500kV杆塔
A
B
C
A
B
C
10
1.21
0.88
0.63
1.11
0.80
0.57
15
1.34
1.00
0.74
1.22
0.91
0.67
20
1.43
1.10
0.83
1.31
1.00
0.75
30
1.58
1.25
0.97
1.44
1.14
0.89
40
1.69
1.37
1.09
1.54
1.25
0.99
50
1.78
1.47
1.19
1.63
1.34
1.09
60
1.86
1.56
1.28
1.70
1.42
1.17
70
1.93
1.64
1.36
1.76
1.49
1.24
80
2.00
1.71
1.44
1.82
1.
- 配套讲稿:
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