DL∕ T 5486-2013 特高压架空输电线路杆塔结构设计技术规程

特高压架空输电线路杆塔结构2013-11-28发布2014-04-01实施国家能源局发布中华人民共和国电力行业标准structuresofUHVoverheadtransmDL/T5486—2013施行日期：2014年4月1日2013年第6号按照《国家能源局关于印发<能源领域行业标准化管理办法2013年11月28日行业标准目录序号标准编号标准名称采标号批准日期实施日期特高压架空输电线董建尧杨靖波肖兵肖立群黄兴王虎长金晓华林致添郭咏华李占岭赵庆斌贾蔚涛1 2.2符号 3.1一般规定 3.2正常运行情况 3.3断线情况 3.5安装情况 3.6验算情况 7.1螺栓连接计算 7.2焊缝连接计算 7.3法兰连接计算 7.4节点板连接计算 7.5其他连接计算 8.2节点构造 8.3连接构造 9附属设施 附录A等直径钢管起振临界风速 附录B钢管塔节点作用力计算 附录C圆形钢管的断面特性计算 引用标准名录 3.2Normalcondition 3.3Wirebrokencondition 5Generalprovisionso 6Calculationofmemberandselectionof 7Calculationofconnection AppendixCCross-sectioncharac Explanationofwordinginthisstandard Addition:Explanationofprovisions 1.0.1为在特高压架空输电线路杆塔结构设计中贯彻国家的基1.0.2木标准适用于新建的特高压架空输电特高压交流架空输电线路UltraHighVoltage(UHV)特高压直流架空输电线路UltraHighVoltage(UHV)标称电压为1000kV、±800kV及以上的交直流架空输电线10mm小于20mm为中冰区，设计覆冰厚度为20mm及以上为重对同一基杆塔，为适应地形高差而设计的不同长度的塔家标准《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019规定从“室外气象参数表”中选取或通过气象调查取得。B——构件宽度，平焊法兰内径；C——法兰盘厚度；D——圆形构件断面平均直径；E——-螺栓的间距；E——对焊法兰高度系数；Ep—平焊法兰高度系数；H———法兰颈顶部高度；N——轴心拉力或压力，法兰颈根部直径；Nimax——受力最大的一个螺栓的拉力；N-——螺栓承载力设计值；Y,——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；R——法兰板之间顶力；S——法兰颈厚度；T,——轴心受拉时一个螺栓所对应的管壁段中的拉力；a———螺栓孔中心到法兰边缘的距离；b——螺栓孔中心到法兰颈根部距离；d——钢管的外径；m———法兰盘螺栓受力修正系数；n——法兰盘上螺栓数目；r₂—-—钢管外壁半径；o₁—-垂直于焊缝长度方向的拉应力；t₁-——平行于焊缝长度方向的剪应力；θ—--两螺栓间的圆心角，法兰颈变坡角度。5表3.1.3角度风作用时风荷载分配表风向角线条风荷载备注XYXYXY线路方向线路方向XX横担方向“b”面用,?,0)0W(W(W.,十00W0断面取1.1。63.1.7外壁坡度小于2%的圆管构件，其横风向风振(旋涡脱落)校核应符合现行国家标准《1000kV架空输电线路设计规范》3.3.2耐张型杆塔的断线(含纵向不平衡张力)情况应按-5C、规范》GB50665和《±800kV直流架空输电线路设计规范》3.3.4中冰区导线、地线最小断线张力(含纵向不平衡张力)取冰荷载取100%设计覆冰荷载。(含纵向不平衡张力)取值表(%)悬垂型杆塔耐张型杆塔导线地线导线地线3.3.5重冰区导线、地线断线张力(含纵向不平衡张力)可按表3.3.5-1覆冰率计算，垂直冰荷载取100%设计覆冰荷载。重冰区导线、地线断线张力(含纵向不平衡张力)除应按表3.3.5-1的覆冰率进行计算外，具体取值应不低于下表3.3.5-2规冰区悬垂型杆塔耐张型杆塔导线地线导线地线3.4.1杆塔不均匀覆冰时不平衡张力应计算下列荷载组合：3.4.210mm冰区不均匀覆冰情况的导线、地线不平衡张力取值，应符合现行国家标准《1000kV架空输电线路设计规范》3.4.3重覆冰区不均匀覆冰情况的导线、地线不平衡张力取值，可按表3.4.3-1覆冰率计算，垂直冰荷载取不小于75%设计覆冰荷载。相应气象条件按-5℃、10m/s风速的气象条件计算。悬垂型杆塔耐张型杆塔-一侧另一侧侧另一侧0中冰区不均匀覆冰情况的导线、地线不平衡张力取值除按表3.4.3-1的覆冰率进行计算外，具体取值应不低于表3.4.3-2规定冰区悬重型杆塔耐张型杆塔导线地线导线地线重冰区不均匀覆冰情况的导线、地线不平衡张力取值除按表3.4.3-1的覆冰率进行计算外，具体取值应不低于表3.4.3-3规定冰区悬垂型杆塔耐张型杆塔导线地线导线地线·3.6.3杆塔的抗震验算，应符合现行国家标准《1000kV架空输3.6.4重覆冰线路各垂直档距系数(垂直档距与水平档距之比)上拔力校验导线横担和地线支架，导线上拔力可取最大使用张力的5%～10%,地线上拔力可取最大使用张力的5%。相邻塔位高4.0.2螺栓连接副宜采用4.8级、5.8级、6.8级、8.8级热浸5.0.3塔架为空间结构.应采用三维计算模型程序进行内力分5.0.4钢管塔宜根据结构形式正确判断杆件按梁或杆单元计算5.0.6杆塔辅助材在其支撑点所提供的支撑力一般不低于所支撑主材内力的2%、斜材内力的5%。5.0.7柔性拉杆的预拉力可取其最大使用拉力的20%～30%。5.0.10钢结构构件允许最大长细比应符合现行国家标准5.0.13钢管的材质宜采用屈服强度f,不超过345N/mm²以及屈强比f/f。不大于0.8的钢材，其钢管壁厚不宜大于25mm。5.0.14杆塔铁件的防腐措施应符合现行国家标准《105.0.16杆塔的防松措施应符合现行国家标准《1000kV架空输线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154的有关规定，构件强度折减系数按表6.0.1采用。双肢连接的角钢构件和中心连接钢管构件双肢连接的角钢构件和中心连接钢管构件单肢连接的角钢构件和偏心连接钢管构作单肢连接的角钢构件(肢组合断面构件(无偏心)单肢连接的角钢构件(肢宽≤40mm)组合断面构件(有偏心)6.0.2轴心受压构件的稳定计算应符合现行行业标准《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154的有关规定。6.0.3受弯构件计算、压弯构件弯矩平面内的稳定计算、拉弯构件弯矩平面内的强度计算、轴心受压构件的剪力计算应符合现行行业标准《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL,/T5154的6.0.4钢管构件的起振临界风速V,可根据钢管构件的长细比和两端连接情况由附录A求得，一阶起振临界风速一般不小于6.0.5钢管塔相贯焊接和十字板连接可视为有杆端约束，U形、T形或槽形插板连接平面内可视为有杆端约束，平面外可视为无配应符合现行行业标准《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》7.2.5圆管结构中，支管与主管的连接焊缝强度按《钢结构设计规范》GB50017—2003第7.1.3条和第10.3.2条计算。于1.2倍壁厚。管壁管壁加劲板内环焊缝加劲板竖向焊缝加劲板横向焊缝7.3.2有劲法兰的螺栓，应按下列公式计算：1轴心受拉作用时：式中：Nha-——受力最大的一个螺栓的拉力(N);N——法兰所受的拉力(N);n——法兰盘上螺栓数目；Nr——螺栓承载力设计值(N)。2受拉(压)、弯共同作用时(图7.3.2):N——法兰所受的轴心作用力(N),压力时取用负值；Y,——螺栓中心到旋转轴的距离(mm):当时，取管外径一半的0.8倍为旋转轴，参见图当时，取管中心为旋转轴，参见图7.3.2(b);Y₁——受力最大螺栓中心到旋转轴的距离(mm);r₂——钢管外壁半径(mm)。7.3.3有劲法兰的法兰板，应按下列公式计算：1受力简图可按照三边支撑板确定(两边固定、一边简支，参见图7.3.3):板上均布荷载按式(7.3.3-1)计算：2板中最大弯矩按式(7.3.3-3)计算：3法兰板厚度按(7.3.3-4)计算：式中：t-……法兰板厚度(mm)。4法兰加劲板受力按式(7.3.3-5)计算：式中：α——加劲板反力比，按表7.3.3确定。βαβa注：L,为固结边长度，Lx为简支边长度(图7.3.3),实际取扇形区域的平均宽度。7.3.4有劲法兰的加劲板，应按下列公式计算(参见图7.3.4):1当采用对接焊缝时，按下式计算：2当采用角焊缝时，按下式计算：式中：o——垂直于焊缝长度方向的拉应力(N/mm²);t₁——平行于焊缝长度方向的剪应力(N/mm²);B——-加劲板宽度(mm);t-—加劲板厚度(mm);e——-Nmx偏心距(mm);h——加劲板高度(mm);S₁——加劲板下端切角高度(mm);S₂—--加劲板下端横向切角尺寸(mm);fw、fr——对接焊缝抗剪、抗拉强度设计值(N/mm²);f——钢材强度设计值(N/mm²);f、——钢材的抗剪强度设计值(N/mm²)。7.3.5无劲法兰的螺栓，应按下列公式计算(参见图7.3.5):1轴心受拉作用时：一个螺栓所对应的管壁段中的拉力：受力最大的一个螺栓的拉力：式中：m——法兰盘螺栓受力修正系数，m取0.65。2受拉(压)、弯共同作用时：一个螺栓所对应的管壁段中的拉力：式中：M——法兰盘所受弯矩(N·mm);N——法兰盘所受轴心力(N),压力时取用负值。7.3.6无劲法兰的法兰板，应按下列公式计算(参见图7.3.6):图7.3.6剪应力：正应力：E式中：E——螺栓的间距(mm);R₁——-法兰板之间顶力(N);7.3.7无劲法兰的焊缝计算应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定，且内外连接环焊缝承载能力之和不应小于管壁承载能力。7.3.8带颈法兰连接计算应符合下列规定：图7.3.8带颈对焊法兰1带颈对焊法兰(图7.3.8)受力最大的一个螺栓拉力，应按下列公式计算：当m·(a+b)/a<1.1时，取m·(am——螺栓受力修正系数，取0.62;a——螺栓孔中心到法兰边缘的距离(mm);b-—螺栓孔中心到法兰颈根部距离(mm)。2法兰颈厚度S,应按下列公式计算：3法兰盘厚度C,应按下列公式计算：剪应力：4法兰高度H,应按下列公式计算：H=Ed·C+H₁取20mm;当406<d≤Ea——取20mm;当406<d≤711mm,取25mm;当711<d≤965mm,取30mm。5法兰颈根部直径N,应按下列公式计算：对焊法兰：N=[(H-C-H₁)·tanθ+(S-t)/2]·2+AA——对焊法兰焊端外径(mm);θ——法兰颈变坡角度。7.4节点板连接计算7.4.1连接节点板的强度计算应符合现行行业标准《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154的有关规定。7.4.2节点板连接的钢管塔应验算节点承载力，作用于节点的作用力可分解为拉压力、剪力、弯矩(见附录B),其中拉压力和弯矩应满足节点局部承载力的要求，焊缝承载力应按7.2节进行验算。7.4.3钢管塔主材与斜材连接点节点应进行节点局部承载力验算，当只有一根斜材时，如主材与塔腿斜材连接，或主材与单根辅助材连接时，不计算弯矩M。1无加劲板节点板受弯时(图7.4.3-1),应按下列公式计算：式中：M——连接板连接处钢管能承受的最大弯矩(N·mm);f——钢管强度设计值(N/mm²);N——主管的轴向荷载N;Ny——主管屈服强度与面积的乘积；KN——主材轴力对承载力的影响系数；其余参数如图7.4.3-1所示。2无加劲节点板承拉(压)时(图7.4.3-2),应按下列公式计算：31/4环(1/2环)形加劲板节点板承受拉、压力，弯曲和剪切荷载作用时(图7.4.3-3),应按下列公式计算：式中：fr——加劲板强度设计值(N/mm²)。图7.4.3-31/4环(1/2环)形加劲板节点板7.5其他连接计算7.5.1圆钢管相贯连接计算应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定。7.5.2插入角钢连接、塔脚板连接、受拉构件的块剪、组合角钢填板计算应符合现行行业标准《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154的有关规定。3钢管构件应在承受较大横向荷载的部位采取适当的加强5当采用螺栓与节点板连接时，斜材端部的插板可采用节点板的厚度大2mm～3mm。插板插入钢管的焊接长度应按内缝长度取50mm或10h;较小值。B-BB-B—B图8.2.2-1钢管K节点构造图节长度。图8.2.2-2柔性斜材的节点板形式度不应小于5mm。2有劲法兰盘厚度不小于16.0mm,无劲法兰盘厚度不小于时不大于1.2倍管壁厚度。小于4.0mm。5法兰板螺栓孔的直径宜比螺栓直径大2mm,螺头和螺帽结构设计技术规定》DL/T5154的有关规定外，钢管管径小于120mm时，法兰盘的连接螺栓不少于4个；钢管管径不小于8.3.3对于焊接T字接头8.3.5对于厚度大于或等于25mm的焊接件，应按有关规定采倍)。自动焊的角焊缝最小焊脚尺寸可减小1mm,T形连接的单2焊件边缘的角焊缝最大焊脚尺寸，当焊件厚度t≤6mm3侧面角焊缝或正面角焊缝的计算长度不得小于8h,和40mm;侧面角焊缝的计算长度不宜大于60h,,当大于上述数值8.3.9自立式杆塔塔脚板和地脚螺栓垫板厚度应符合现行行业9.0.4钢管塔上应按照运行部门的要求设置悬10.0.1山区线路杆塔应采用全方位长短腿配合使用不等高基附录A等直径钢管起振临界风速A.0.1等直径钢管微风振动的起振临界风速vc,可按下式计λn——自振频率参数，依钢管杆件的振动阶次与杆端约束条件而定。对于一阶振动，杆件两端固接时取4.730,一端固接一端铰接时取3.927,两端铰接时取3.142,悬臂时取1.875。A.0.2等直径钢管微风振动的一阶起振临界风速，查表A.0.2长细比悬臂长细比悬臂A.0.3不同连接节点对应的杆端约束条件，可按如下附录B钢管塔节点作用力计算B.0.1作用于节点的力可以分解为拉压力、剪力、弯矩，以钢管塔K形节点(图B.0.1-1)为例，节点作用力可按以下方法进行计拉压力：P=|F₁sinθ₁-F₂sin0₂各加劲板上的作用力(由M、P形成)为：当斜材采用十字板接头时，节点板中部应增设加劲板(图B.0.1-2),节点板上的作用力保持不变，各加劲板上的作用力为：Pv₃=P(B.0.1-8)图B.0.1-2主材与十字板接头斜材的连接附录C圆形钢管的断面特性计算C.0.1圆形构件的断面特性可用以下近似公式计算：计算点在X轴的投影长度(mm):Cx=0.5(D+t)cosa计算点在Y轴的投影长度(mm):C,=0.5(D+t)sina确定最大弯曲剪应力的参数(1/mm²):确定最大扭转剪应力的参数(1/mm³):截面抗弯模量(mm³):W=0.786D²·t引用标准名录《紧固件机械性能螺母粗牙螺纹》GB3098.2特高压架空输电线路杆塔结构2013,经国家能源局2013年11月28日发布，2014年4月1日实 2术语和符号 5设计基本规定 6构件计算及断面选择 7连接计算 8构造要求 9附属设施 般不宜小于被支撑主材内力的3%。3.3.2本条按照现行国家标准《1000kV架空输电线路设计规实际情况选取合理的断线残余张力值(表1)。断线覆冰率随设计覆冰比率备注张力百分数仍按现行行业标准DL/T5440-2009取值。不同覆冰率下，典型导线的不平衡张力计算实例，结果见表2悬垂型杆塔不平衡张力百分数(一)冰区八分裂八分裂八分裂八分裂八分裂八分裂备注档距550m,高差15%,导线档距500m,高差15%,导线档距450m,高差15%,导线JL/G1A…档距400m.高差15%,导线G1A—档距400m.高差15%,导线档距350m,高差15%.导线表3悬垂型杆塔不平衡张力百分数(二)冰区覆冰率六分裂六分裂六分裂六分裂六分裂六分裂续表3冰区备注高差15%导线档距500m.高差15%.导线档距450m,导线档距400m,高差15%.导线档距400m,导线GA---档距350m.高差15%.导线au一9.389覆冰比率备注覆冰比率续表5n备注不同覆冰率下，典型地线的不平衡张力计算实例，结果见表6、表7。冰区覆冰率27.79沈备注高差15%地线地线高差15%地线地线高差15%地线地线om=37.覆冰比率备注L=400mL=350m4.0.1本条规定了当结构工作温度不高于一40C时钢材质量等经计算和可能影响受力的杆件。空间桁架结构的假定有前提条件长度与截面高度(或直径)之比不小于12(主管)和21(次管)即元用有限元分析软件进行内力校核。设计人员在进行构件设计行业标准《重覆冰架空输电线路设计技术规程》DL/T5440—2009:15mm冰区1.2,20mm冰区1.5,30mm及以上冰区2.0。72003第5.4.5条和10.1.2条确定，其中100(2357fy)的径厚比限值规定与欧洲钢结构设计规范第3类截面902003第5.4.5条和10.1.2条确定。材的屈服强度均小于355N/mm²以及屈强比f/f不大于0.8.定的工程实例，如2002年设计完成2004年竣工的上海吴淞口大500kV襄樊—十堰输电线路汉江跨越塔采用了Q420B高强度钢材；2008年设计完成2009年竣工的750kV酒泉--安西输电线路采用了Q420C高强度钢材；2008年设计完成2010年竣工的上海破了25mm的限值，例如广东崖门跨越塔的主材钢管壁厚为管壁厚取值不宜大于25mm,当有经验时，也可采用厚度大于速一般为5m/s～10m/s。将v.限值取8m/s,增大了某些构件的护环境。改变构造虽然并不能完全保证杆件就一定不会发生振7.3.1有加劲法兰受压、弯时，假定法兰的之间的内外环连接焊缝传递，其两条环向焊缝的强度不应小于钢7.3.2沿用行业标准《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154-2002第9.3.1条。关于旋转轴的规定，同济大学所做的广东院的法兰试验结果如下(图1、图2):螺栓受力螺栓受力拉侧压侧拉侧压侧o旋转轴2oIo(1)刚性法兰中螺栓群的受力分界线位置大致在主管中心线偏右一排螺栓附近(如上图)。7.3.3沿用行业标准《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5151—2002第9.3.2条，法兰板厚度计算已考虑了1.2的7.3.4参照《钢结构单管通信塔技术规程》CECS236:2008第5.3.1和5.3.5条确定。7.3.5沿用行业标准《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5154—2002第9.3.5条，式(7.3.5-2)是按一个简支梁的原理推算而得.m取0.65是根据同济大学的二次试验报告《500kV变电所架构柔性法兰试验报告》和《500kV吴淞口大跨越塔柔性兰盘受力特性以及应力塑性分布等的影响，如图3所示：螺栓必须满足国标所规定的断面收缩率等对螺栓的塑性要求，同7.3.6沿用行业标准《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T51542002第9.3.6条。带劲法兰在1000kV淮南一上海(皖电东送)特高压输电线路中国电力科学研究院针对以上法兰形式，开展了大量的试验和理论分析工作，基于无劲法兰的计算模式提出了考虑法兰盘外边缘顶力影响的设计计算方法，将螺栓受力修正系数调整为0.62。这两种带颈锻造法兰经过法兰部件试验，其极限承载力均达到了设计承载力的150%左右。试验与研究表明两种形式的法由于带颈锻造法兰没有众多加劲板的辅助连接，故有必要对环向焊缝提出较高的要求，以控制焊缝的质量。平焊法兰依靠两和附