专题4工程设计使用寿命.docx
- 文档编号:760852
- 上传时间:2022-10-12
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:103.94KB
专题4工程设计使用寿命.docx
《专题4工程设计使用寿命.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《专题4工程设计使用寿命.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
专题4工程设计使用寿命
专题之四:
工程设计使用寿命
前言
为了建设世界一流电网,以电网建设质量的提升促进国家电网公司发展质量的提升,提高工程建设安全质量和工艺水平,确保工程的可靠性与耐久性。
本投标设计进行了工程设计使用寿命专题研究。
1设计使用寿命的建议目标
输电线路工程主要组成部件的预计使用寿命差异较大,根据国家电网公司的统计数据,以及国家电网基建【2012】386号文《关于印发国家电网公司输变电工程提高设计使用寿命指导意见(试行)的通知》,推荐一般环境下常用输电线路部件的使用寿命建议值见表1-1。
表1-1一般环境下常用输电线路部件的使用寿命(单位:
年)
部件
基础
杆塔
导线
地线
绝缘子
金具
合成
瓷
玻璃
使用年限
60
40
40
40
20
40
40
40
2工程设计使用寿命研究
2.1概述
本文根据国家电网公司对于输电线路各部件设计使用寿命的建议目标,以我国现行国家标准GB50545-2010《110kV-750kV架空输电线路设计规范》和电力行业标准DL/T5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》关于铁塔结构构件和导地线、绝缘子及金具、杆塔基础等输电线路部件的有关设计规定为基准,对在设计使用年限的输电线路铁塔结构构件、输电线路元件和杆塔基础的可靠度水平进行了校准分析。
并在此基础上,为保证输电线路各部件的设计使用寿命,探讨提高输电线路各部件的耐久性措施。
最后结合本工程实际情况,论述提高本工程设计使用寿命的具体方法和措施。
在综合分析已收集到的国内冰、风荷载统计资料的基础上,初步确定了冰、风荷载的概率分布类型和相关统计参数;采用GB50068-2001《建筑结构可靠度设计统一标准》推荐的一次二阶矩法,对输电线路铁塔结构构件和输电线路元件及杆塔基础承载能力极限状态下的可靠度进行了校准分析;输电线路规定110-330kV输电线路风荷载“30年一遇”重现期的安全度设置水平低于GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标。
而按风荷载“50年一遇”重现期的安全度设置水平与GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标相当。
因此,本文建议,我国110kV架空送电线路铁塔结构设计时,风荷载的重现期宜提高为“50年一遇”,并考虑风荷载动力放大作用的影响;经计算得的导、地线可靠指标均高于GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标,说明我国现行规范规定的导线和地线在风荷载组合下的设计安全系数较为合适,可不做调整;金具和绝缘子的安全度设置水平亦高于GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标,说明我国现行规范规定的绝缘子和金具在风荷载组合下的设计安全系数较为合适,可不做调整;经计算得杆塔基础的可靠指标高于GB50068-2001规定的相应安全级别的目标可靠指标,说明我国现行规范规定的杆塔基础的设计安全系数较为合适,可不做调整。
在广泛收集运行统计资料的基础上,探讨提高输电线路铁塔、基础、导地线、光缆、金具、绝缘子、接地网的耐久性措施,延长输电线路的设计使用寿命。
结合工程实际情况,通过本工程设计选型优化,选用了相应的基础型式、基础材料、导线型式、金具型式、绝缘子型式、接地型式和防腐蚀措施,提高输电线路的设计使用寿命。
2.2可靠度理论的计算方法
结构可靠性定义为:
结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的能力。
结构可靠度是对结构可靠性的概率度量,它是建立在统计数学的基础上经计算分析后确定的,是一种定量概念。
研究输电塔结构的可靠度就是为了使结构能以经济、适当的可靠度来满足各种预定功能的要求。
在结构可靠度分析中,目前主要采用一次二阶矩法、蒙特卡罗法、响应面法和随机有限元法等计算方法。
2.3荷载的统计分析
对输电线路铁塔结构或结构构件的可靠度进行校准分析时,就必须对各种常遇的荷载进行统计分析,确定其均值和变异性及概率分布类型。
输电线路铁塔结构承受的作用多而复杂,为简化计算,本文对输电线路铁塔结构或结构构件的可靠度进行校准分析时,取输电线路在正常运行工况下常遇的主要荷载,即永久荷载、风荷载和覆冰荷载进行统计分析。
对于永久荷载,其值在设计基准期内基本不变,因此,可以将永久荷载直接转化为与时间无关的随机变量描述。
确定年最大覆冰荷载的均值时,除参考1991年IEC826-4的上述推荐值外,还根据我国现有覆冰荷载统计资料确定的变异系数,并假设覆冰荷载的概率分布类型为极值I型分布,按照设计基准期50年内覆冰荷载最大值的平均值与覆冰荷载标准值近似相等的原则,即≈,对覆冰荷载年最大分布的平均值进行了大量的试算,求得当覆冰荷载年最大分布的平均值=0.45,=0.403,在设计基准期为50年内最大覆冰荷载均值=1.003,变异系数为=0.181。
2.4铁塔结构构件、线路元件和基础抗力的统计特征
影响输电线路铁塔结构构件抗力的主要因素包括材料性能的不定性、结构构件几何参数的不定性、计算模式的不定性等,这些因素的不定性可分别用随机变量、、表示。
由于各种因素一般都是随机变量,因此,结构构件的抗力经常是多元随机变量的函数。
要想直接获得截面抗力R的统计参数及其分布类型是较为困难的,目前国内外一般都是采用间接的方法,即先对影响截面抗力的主要因素分项进行统计分析,确定其统计参数,然后通过截面抗力与各因素间的函数关系,利用统计数学中的误差传递公式推求截面抗力R的统计参数。
我国《钢结构设计规范》编制组在按概率极限状态设计法的要求编制GBJ17-88开始,先后对国产建筑结构钢材进行了三次专项调研,并用数理统计的检验法和柯尔莫哥洛夫检验法进行了检验,结果表明,在5%的显著性水平上,我国结构钢材屈服点服从正态分布,根据国产建筑结构钢材料性能的最新信息,求得国产建筑结构钢的材料性能的统计参数见表2-1。
表2-1国产建筑结构钢的材料性能的统计参数
钢材品种
(mm)
Q235
1.070
0.081
1.074
0.077
1.118
0.066
1.087
0.066
Q345
1.040
0.066
1.018
0.067
1.125
0.057
1.184
0.083
对于输电线路铁塔结构构件几何参数的不定性,关对于钢结构构件几何特征的统计分析,取=1.00,=0.05。
荷载作用下输电线路铁塔结构,主要承受由荷载作用引起的轴向拉力和压力,由荷载作用引起的弯矩相对较小,为简化计算,本文在计算输电线路结构构件的可靠指标时,不考虑由荷载作用引起的弯矩,直接按轴心受拉构件或轴心受压构件考虑。
轴心受力构件计算模式不定性的统计参数可分别取为:
轴心受拉构件,=1.05,=0.07;轴心受压构件,=1.03,=0.07。
对于输电线路铁塔结构构件,常用钢材的厚度为5~24mm,故本文在计算输电线路铁塔结构构件的抗力统计参数时,以厚度t≤16mm和16mm<t≤40mm的钢材材料性能的平均值进行计算。
输电线路铁塔结构构件抗力统计参数见表2-2。
表2-2输电线路铁塔结构构件的抗力统计参数
钢材级别
构件类型
Q235
Q345
分布类型
轴心受压
1.104
0.117
1.060
0.109
对数正态分布
轴心受拉
1.126
0.117
1.080
0.109
导线、地线、绝缘子和金具等各种受力元件材料性能不定性的统计特征,如表2-3所示。
表2-3导地线、绝缘子和金具等线路元件材料性能的统计特征
线路元件
概率分布类型
均值系数
变异系数
导线
正态分布
1.040
0.0312
地线
正态分布
1.235
0.0283
绝缘子
瓷绝缘子
正态分布
1.123
0.0855
玻璃绝缘子
正态分布
1.177
0.0637
金具
球头挂环、碗头挂板、
U形挂环、平行挂环、
悬垂线夹
对数正态分布
1.200
0.150
限于目前缺乏输电线路元件几何参数的不定性,参考关于钢结构构件几何特征的统计分析,近似将导线、地线、绝缘子和金具等线路元件几何参数不定性Ka的统计参数均取为=1.00,=0.05。
输电线路导地线、绝缘子和金具等元件抗力的统计参数见表2-4。
表2-4导线、地线、绝缘子和金具等受力元件抗力的统计结果
结构元件
均值系数
变异系数
导线
1.092
0.092
地线
1.297
0.091
绝缘子
瓷绝缘子
1.179
0.121
玻璃绝缘子
1.236
0.107
金具
1.260
0.173
根据中心极限定理,输电线路导线、地线、绝缘子和金具等元件抗力的概率分布类型亦近似按对数正态分布考虑。
影响输电线路铁塔基础抗力的主要因素包括材料性能的不定性、基础几何参数的不定性、计算模式的不定性等,这些因素的不定性可分别用随机变量、、表示。
由于各种因素一般都是随机变量,因此,基础的抗力经常是多元随机变量的函数。
要想直接获得基础抗力R的统计参数及其分布类型是较为困难的,目前国内外一般都是采用间接的方法,即先对影响基础抗力的主要因素分项进行统计分析,确定其统计参数,然后通过基础抗力与各因素间的函数关系,利用统计数学中的误差传递公式推求基础抗力R的统计参数。
2.5铁塔结构构件、线路元件和基础可靠度分析的极限状态方程
⑴铁塔结构构件的极限状态方程
在结构可靠性分析中,结构的极限状态可由其功能函数来表达。
其形式为:
其中随机矢量表示工程结构中存在的各种不确定性信息的随机变量,比如材料参数与结构几何尺寸的随机性以及荷载的随机性等。
上述各随机变量Xi从性质上来说,可分为两大类:
一类是作用或作用效应,用S表示,另一类是结构抗力,用R表示。
若仅以荷载效应S、结构构件抗力R作为两个基本随机变量,功能函数可表示为:
随着各随机变量的变化,功能函数Z有三种变化:
当Z<0时,表示结构处于失效状态;当Z>0时,表示结构处于可靠状态;当Z=0时,表示结构处于极限状态。
对于输电线路铁塔结构,DL/T5154-2002规定的结构构件有轴心受拉构件、轴心受压构件、受弯构件、压弯构件和拉弯构件等,对于轴心受压构件还分别给出了强度计算公式和稳定计算公式。
根据工程经验,在输电线路铁塔结构构件中,主要承受由荷载作用引起的轴向拉力和压力,由荷载作用引起的弯矩相对较小,为简化计算,本文在计算输电线路结构构件的可靠指标时,不考虑由荷载作用引起的弯矩,直接按轴心受拉构件或轴心受压构件考虑。
在极限荷载作用下,输电线路铁塔结构的受拉构件和受压构件破坏模式不同,受拉构件一般为强度破坏,受压构件则大多是稳定破坏。
当铁塔结构构件为轴心受拉构件时,破坏形式是强度破坏,其抗力可表示为:
式中——钢材强度设计值;
——钢材强度标准值;
——构件强度折减系数,对于受拉构件,双肢连接的角钢取m=1.0,单肢连接的角钢(肢宽>40mm)取m=0.70,双肢连接的角钢(肢宽≤40mm)取m=0.55;
——结构构件的材料性能分项系数;
——按现行规范计算的结构构件的抗力标准值;
——构件净截面面积,mm2。
当仅考虑永久荷载和风荷载的组合时,则输电线路铁塔结构的荷载效应S可写为:
令,
则可简化为:
=
由此可确定输电线路铁塔结构构件承载能力的功能函数为:
Z=R-SG-Sw
=-
则输电线路铁塔结构构件承载能力的极限状态方程为:
Z=R-SG-Sw=0
式中SG——永久作用引起的效应设计值;
SQ——可变作用引起的效应设计值。
其余符
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 专题 工程设计 使用寿命
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)