架空送电线路杆塔设计技术规定-新版本

架空送电线路杆塔设计技术规定新版本讲解提要魏顺炎1 架空送电线路杆塔设计技术规定修订的背景在应用02标准设计过程中积累一些经验有些条文需要修改角钢压杆计算荷载部分国内外相关的设计规范标准修订增加了一些新规定可以借鉴斜材的埃菲尔效应受拉角钢的块剪验算组合角钢扭弯计算交叉斜材同时受压的界定和计算长度有劲塔脚板计算国内近年来的试验成果及工程实践组合角钢的填板计算高强度锚栓2 中心受压角钢稳定计算公式修改的意义计算方法的演变SDGJ94-90→DL/T5154-2002→DL/T5154-2012新版本修订的依据新版本与老版本的比较新版本与美国标准的比较关于轴心受压构件稳定计算的修改说明1 概述现行版《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》DL/T5414-2002（以下简称中国标准），对角钢压杆的选材采用类似《美国标准》的方法，将杆件分为六种支承条件（即六条压力曲线）进行选材。

但是，当时考虑到中国的设计经验和设计标准的延续性。

同时，《美国标准》新版本，在编制现行《中国标准》送审稿阶段才搜集到，尚未仔细分析比较。

因此，《美国标准》新版本中增加有关交叉斜材设计等方面的内容没有研究吸收，杆件的有效长度系数的取值与《美国标准》不尽相同。

其结果从Q345材料两种标准的杆杆压力曲线比较中可以看出（图1），六种支承条件的杆件容许设计应力，《中国标准》均低於《美国标准》。

其中，λ=120时《中国标准》约低19%；在主材常用的细长比λ=50~80范围内约低10~20%；在斜材常用的细长比λ=150~200范围内约低21~24%。

Q235材料也类似。

以上还不包括两种标准中计算长度取值不同的影响。

因此，本导则编制大纲建议，在现行《中国标准》基础上，适当提高杆件的设计承载力，提高的幅度在10%左右，与《美国标准》相比留有不小于10%的裕度。

设计方法是，杆件的有效长度按《美国标准》，杆杆压屈系数仍同《中国标准》，采用我国钢结构设计规范的数值。

2. 典型杆件的比较从工程中一些典型杆件的分析比较中（表1），也得到相同的结果。

同样特性的杆件，按《中国标准》计算的杆件容许承载力要低於《美国标准》：双面连接的主材，细长比λ≈60时（表3中序号1）约低13%；单面连接的斜材，细长比λ＜120时（序号2~5，9），约低20~29%，细长比λ＞120时（序号6~8），约低29~33%，这里包括《中国标准》对带辅助材的交叉材，计算长度乘以1.1系数的影响。

其中，对双面连接的主材，按《中国标准》计算的杆件承载力低於《美国标准》的原因是《中国标准》的压屈系数值低於《美国标准》。

以序号1为例：按《美国标准》Kλ=59.6＜Cc＝107（Q345）φ＝1－0.5(kλ/Cc)2 =1-0.5×(59.6/107)2 =0.845按《中国标准》由kλ=59.6 查表得φ=0.738两者比值0.738/0.845=0.87从表1中，《中国标准》计算值与《美国标准》计算值的比较（中/美），以及《本导则》计算值与《美国标准》计算值的比较（导/美），可以看出，在小细长比范围λ<120，包括无辅助材的交叉材，《本导则》建议值与现行《中国标准》值相同，杆件的设计承载力没有提高（表中序号1，2，4，9杆件）；小细长比（λ<120），带辅助材交叉斜材和大细长比（λ>120）的杆件（序号3，5，6，7，8），《本导则》建议值比现行《中国标准》提高了5%~11%，但与《美国标准》相比，均有10%以上的裕度（13%~26%）。

其中提高较大（11%）是大细长比两端无约束的杆件，与《美国标准》相比还有20%裕度。

其次，裕度较大是在λ=100~120之间。

主要原因是在这细长比范围内，我国的压屈系数与美国比较相差较大（图2），偏於保守。

3. 结论轴心受压构杆采用本导则推荐的设计方法，即构件（包括交叉材）的有效长度按《美国标准》公式，压屈系数仍按现行《中国标准》，采用我国钢结构设计规范的数值。

与现行《中国标准》相比，对带辅助材的交叉材以及λ>120构件，承载力提高了10%左右。

与《美国标准》相比有13％~26％的裕度。

而且，使不同支承条件的构件，留的应力裕度相对比较接近，计算承载力值更为合理。

表1 典型杆件设计比较--=12.2 <13.3--=11.25<11.3〔--＞11.31.677-0.677）345=338.8N/mm计强度。

为了便於比较，等效地将锡车线杆件内力也视为包括超载系数1.5，对应材料的屈服应力。

2 角钢规格带H者为Q345（相当於ASTM A572 Gr50），不带H者为Q235。

3 《美国标准》中的Fa为容许设计应力（单位换算：1ksi=6.9N/mm2）。

4. 序号2，3，5，7和8等交叉斜材均为一拉一压，即拉杆内力大於或等于压杆内力的20%中心受压角钢六种支承条件的具体应用2.1 杆件有效长度系数杆件的计算长度（L ）乘以杆件有效长度系数（k ）即得到杆件有效长度（KL ）。

杆件有效长度是影响压杆承载力的重要因素，而杆端支承条件的判断是确定杆件有效长度系数的关键。

本标准同《美国标准》将杆端支承条件分为六种情况，有六种有效长度系数（k ）：（1）杆件两端均中心受力K=1 0<L/r<120 №1 （2）杆件一端偏心受力，另一端中心受力K=30/L/r+0.75 0<L/r<120 №2（3）杆件两端均偏心受力k=60/L/r+0.5 0<L/r<120 №3（4）杆件两端均无扭转约束k=1 120≤L/r≤200 №4（5）杆件一端有扭转约束k=28.6/L/r+0.762 120≤L/r≤225 №5（6）杆件两端均有扭转约束k=46.2/L/r+0.615 120≤L/r≤250 №6在小细长比范围（L/r<120），杆端连接的偏心是影响杆件有效长度的主要因素。

连接偏心与否取决於角钢单肢连接，还是双肢连接，与连接螺栓的数量无关。

单肢连接被认为是杆端偏心受力；双肢连接（每肢的连接螺栓数量应接近）被认为是杆端中心受力。

此外，以下几种节点也可认为是中心受力：（a）杆件中间节间的连续节点，不论被支撑杆件是最小轴布置还是平行轴布置（图2.2.1中的节点1，2，3等）；（b）交叉杆件有螺栓连接的交叉点；（c）双角钢组合杆件端部的螺栓连接点，不论单个螺栓还是多个螺栓连接（图2.1.1a或b）：当L/rx或L/ry=0-120时使用№1（d）双角钢组合杆件中间的K型支撑点，当支撑角钢布置在节点板的前后面时（图2.1.2b）：即图2.1.2b中0.5L/rx=0~120 使用№1而图2.1.2a中0.5L/ry=0~120 使用№2从有效长度系数公式№1~№3可以看出，K≥1.0，偏心是不利因素。

同样细长比，两端偏心的K值大於一端偏心；一端偏心的K值大於两端中心。

因此，设计时应尽可能使角钢端双肢连接，这对於改善顶架、横担和曲臂等部位的主材受力条件是有意义的，往往在构造设计时也是能做到的。

在大细长比范围（L/r≥120），杆端的扭转约束成为影响杆件有效长度的主要因素。

它与杆端连接螺栓数量和节点刚度有关，而与角钢单肢还是双肢连接无关。

杆端扭转约束作用的判断将结合《美国标准》的新建议在2.2.2节中阐述。

从公式№4~№6可以看出，K≤1.0，杆端有扭转约束作用是有利因素。

因此，设计时应尽可能使杆端有扭转约束作用。

上述№1~№6有效长度系数公式主要适用於除主材和辅助材以外的其它受压材（KL/r≤200）。

主材一般均为双肢连接，有效长度系数同其它受压材公式№1（K=1），但限制细长比KL/r≤150；辅助材端部支承条件与其他受压材类似，但限制细长比KL/r≤250。

因此，《美国标准》对主材和辅助材的有效长度系数公式也分别列出。

但杆端支承条件的判别是相同的。

2.2 本标准采用《美国标准》有关杆件有效长度的新建议2.2.1对图2.2.1b所示的平行轴布置型式，主材的计算长度要乘以1.2系数。

上至少要有两个螺栓，且在应力平面内，节点上提供约束杆件的刚度系数（L/I）的总和大於杆件的刚度系数，则认为杆端有扭转约束作用（这规定与1997年版以前的美国标准相同）；如果杆件通过节点板连接到提供约束的杆件上，除了满足上述规定外，还要考虑杆件与节点板连接的不同情况：（1）如果杆件端部仅仅连接在节点板上，不能考虑杆杆端部的约束作用；（2）如果杆件端部既连接在节点板上，又连接在提供约束的角钢上，可以考虑杆端有约束作用。

此外：a）如果节点上的各杆件可能同时压屈，那么节点不能对杆件提供约束；b）多个螺栓连接的单角钢中间节点（图2.2.2-1c），可认为有扭转约束：即图2.2.2-1c 0.5L/rz=120~250 使用№6而图2.2.2-1b 0.5L/rz=120~225 使用№5图2.2.2-1a 0.5L/rz=120~200 使用№4c）多个螺栓连接的双角钢中间节点（图2.2.2-2c）可认为有扭转约束作用：2.2.3杆件在垂直桁架的平面（平面外）无支撑，且杆件在等节间无支撑长度（L）内，力的大小有变化（图2.2.3及图2.1.2中的P1和P2），则垂直桁架平面的杆件有效长度系数可按以下确定：（1）当P1和P2均为压力，且P1>P2K’=0.75+0.25（P2/P1）（2）当P1和P2分别为压力和拉力K’=0.75-0.25（P2/P1）然后，对杆件一端偏心或两端偏心的K值进行修正：KL/r=K（K’L）/r2.2.4交叉斜材的有效长度交叉斜材按不带辅助材、交叉点以下带辅助材和交叉点上、下均带辅助材三种布置型式，以及受拉材内力与受压材内力的比例不同，<美国标准>其有效长度按表2.2.4确定。

该表适用于等边角钢或不等边角钢（短边连接）两种情况。

如果只考虑等边角钢，表中带·者可省略，计算项目基本上同《中国标准》。

从不等边角钢与等边角钢的特性表中可以看出，虽然长边与等边角钢相同的不等边角钢，截面积小于等边角钢，但对平行轴的迥转半径大于等边角钢。

因此，有时交叉斜材选用不等边角钢比较经济合理。

但是，不等边角钢的最小轴迥转半径比等边角钢小，选用不等边角钢时，还要验算杆件绕最小轴稳定项目。

如果选用不等边角钢（长边连接），拉杆内力≥20%压杆内力时：计算长度应取L=L1+1/2L2；拉杆内力<20%压杆内力时：计算长度应取全长L3。

可以看出，交叉斜材选用不等边角钢(长边连接)是不经济的。

2.2.5杆件有效长度系数的应用（1）《本标准》关於杆件有效长度系数，是假设角钢上的螺栓孔位置尽量靠近角钢的棱边，且不大於肢宽的一半。

如果不符合这要求，要考虑杆件受力偏心的影响。