中美設(shè)計(jì)規(guī)范導(dǎo)地線風(fēng)冰荷載比較

岳 浩，黃欲成，李 健

(中南電力設(shè)計(jì)院，湖北 武漢430071)

0 引言

隨著全球一體化的發(fā)展，大批中國(guó)電力企業(yè)走出國(guó)門。美國(guó)輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［1，2］是國(guó)際主流輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范之一，被諸多國(guó)家廣泛使用。風(fēng)、冰荷載計(jì)算是輸電線路設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。因此，比較中美電力設(shè)計(jì)規(guī)范的異同點(diǎn)十分必要。

文獻(xiàn)［3］主要介紹了中美規(guī)范關(guān)于桿塔風(fēng)荷載計(jì)算的差異，對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比。文獻(xiàn)［4］中對(duì)比了GB 50545-2010［5］與ASCE、IEC 等規(guī)范在體型系數(shù)、風(fēng)壓高度系數(shù)取值上的差異，并著重對(duì)比了塔身風(fēng)荷載的計(jì)算值，但對(duì)線條風(fēng)荷載的分析較少。文獻(xiàn)［6］比較了GB、ASCE、IEC 標(biāo)準(zhǔn)中風(fēng)壓高度變化系數(shù)的差異。目前關(guān)于中美設(shè)計(jì)規(guī)范中桿塔風(fēng)荷載的比較研究較多，而對(duì)線條風(fēng)荷載及覆冰荷載等方面的對(duì)比研究很少。本文介紹了中美兩國(guó)輸電線路荷載規(guī)范，從線條風(fēng)荷載計(jì)算公式出發(fā)，對(duì)基本風(fēng)速、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析，同時(shí)研究了線條覆冰荷載的差異，為涉外工程設(shè)計(jì)提供參考。

1 線條風(fēng)荷載計(jì)算公式

架空線路荷載設(shè)計(jì)方面的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有GB 50545-2010 《110 kV～750 kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50665-2011 《1 000 kV 架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》等，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5440-2009 《重覆冰架空輸電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》。

美國(guó)電網(wǎng)電壓等級(jí)復(fù)雜，沒有統(tǒng)一的輸電線路典型設(shè)計(jì)，但其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)完善，協(xié)調(diào)性好，國(guó)際化程度高［7］，這也是美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)在世界上廣泛使用的原因之一。線路荷載規(guī)程有ASCE 74-2009《Guide Lines for Electrical Transmission Line Structural Loading》和RUS BULLETIN 1724E- 200《Design Manual for High Voltage Transmission Lines》。其中，RUS BULLETIN 1724E-200 適用于230 kV 及以下電壓等級(jí)的輸電線路，內(nèi)容主要參照《National Electrical Safety Code》(NESC)。

文獻(xiàn)［5］、［8］、［9］中規(guī)定的我國(guó)導(dǎo)線及地線的水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為:

式中:Wx為風(fēng)荷載值;α 為風(fēng)壓不均勻系數(shù);Wo為基準(zhǔn)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值，kN/m2;μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);μsc為電線體型系數(shù);βc為風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù);d 為導(dǎo)線直徑;Lp為水平檔距;V 為風(fēng)速;B為覆冰時(shí)荷載增大系數(shù);θ 為風(fēng)向與導(dǎo)線或地線方向之間的夾角，(°)。

文獻(xiàn)［1］中垂直于導(dǎo)地線的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值為:

式中:Q 為空氣密度常數(shù);F 為風(fēng)荷載值;Kz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);Kzt為地形影響系數(shù);ψ 為風(fēng)向與導(dǎo)線或地線法線的偏轉(zhuǎn)角;Cf為電線體型系數(shù);A 為受風(fēng)面積。

文獻(xiàn)［2］中圓形電線單位長(zhǎng)度上的風(fēng)荷載計(jì)算公式為:

式中:p 為風(fēng)荷載值;GRF為風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù);d為直徑。

中美規(guī)范里面風(fēng)荷載值計(jì)算公式均考慮基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、體型系數(shù)、風(fēng)載調(diào)整系數(shù)(陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù))。但在風(fēng)壓不均勻系數(shù)、地形影響系數(shù)、覆冰時(shí)荷載增大系數(shù)上存在不同。RUS BULLETIN 1724E-200［2］中計(jì)算風(fēng)荷載值時(shí)取體型系數(shù)為1，并對(duì)風(fēng)壓不均勻系數(shù)、地形影響系數(shù)、覆冰增大系數(shù)均不作考慮。

2 基本風(fēng)速與風(fēng)壓

比較中美規(guī)范中基本風(fēng)速的規(guī)定可知，相同的部分為:統(tǒng)計(jì)風(fēng)速的基準(zhǔn)高度均為10 m，這與兩國(guó)建筑荷載規(guī)范［10，11］中的規(guī)定是一致的;概率模型均采用極值I 型分布函數(shù);標(biāo)準(zhǔn)地貌均為空曠平坦地面(我國(guó)規(guī)范為B 類粗糙度［11］，美國(guó)規(guī)范為C 類)。中美規(guī)范中關(guān)于平均風(fēng)速的時(shí)距、最大風(fēng)速重現(xiàn)期及最大風(fēng)速樣本有所差異。

由于風(fēng)速在時(shí)空分布上的不均勻性，風(fēng)速時(shí)距取值越大，對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速越小，一般認(rèn)為平均風(fēng)速時(shí)距取10 min～1 h 較為穩(wěn)定，因此包括我國(guó)在內(nèi)的許多國(guó)家風(fēng)荷載規(guī)范將平均風(fēng)速時(shí)距取為10 min，但美國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范中取時(shí)距為3 s。因此，最大風(fēng)速樣本方面，我國(guó)取平均年最大風(fēng)速，美國(guó)為最大陣風(fēng)風(fēng)速。

雖然文獻(xiàn)［1］中規(guī)定的基本風(fēng)速是3 s 時(shí)距的陣風(fēng)風(fēng)速，但其陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)(Davenport 公式)計(jì)算是基于時(shí)距10 min 的平均風(fēng)速，故在陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)計(jì)算時(shí)，需將3 s 時(shí)距的陣風(fēng)風(fēng)速轉(zhuǎn)換為時(shí)距10 min 的平均風(fēng)速，公式里面包含該修正系數(shù)。3 s 時(shí)距陣風(fēng)風(fēng)速與10 min 時(shí)距平均風(fēng)速的比值為1．43［1］。

中國(guó)規(guī)范關(guān)于基本風(fēng)速的重現(xiàn)期與電壓等級(jí)有關(guān)，1 000 kV 特高壓線路及大跨越的重現(xiàn)期均為100 年，750 kV、500 kV 輸電線路及大跨越為50 年，110 kV～330 kV 輸電線路及大跨越為30年。美國(guó)荷載規(guī)范中的基本風(fēng)速重現(xiàn)期為50年［1，2］，與電壓等級(jí)無關(guān)。

我國(guó)規(guī)范［5］中，利用貝努利公式將基本風(fēng)速換算為基本風(fēng)壓:

式中:空氣密度統(tǒng)一取ρ=1．25 kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力101．325 kPa、10 ℃時(shí)干燥空氣密度)，則基本風(fēng)速轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓的空氣密度常數(shù)為0．625。

美國(guó)規(guī)范［1，2］中，基本風(fēng)速轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓的數(shù)值常數(shù)為:

式中:取空氣密度為ρ=1．226 kg/m3(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力101．325 kPa、15 ℃時(shí)空氣密度，忽略濕度影響)，則Q=0．613(英制單位時(shí)為0．002 56)。

因此，中美荷載規(guī)范中風(fēng)壓計(jì)算中的空氣密度常數(shù)的差異是由空氣密度取值不同而產(chǎn)生，在風(fēng)壓計(jì)算上沒有太大差異。

3 相關(guān)參數(shù)的比較

3.1 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

對(duì)于風(fēng)壓沿高度變化的規(guī)律，中美荷載標(biāo)準(zhǔn)均以A．G．Davenport 指數(shù)律公式為基礎(chǔ)來建立風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算式。中國(guó)輸電線路荷載規(guī)范中風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算式為:

式中:μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);K、α 為與地面粗糙度類別有關(guān)的系數(shù);Z 為離地高度，m。

美國(guó)輸電線路荷載規(guī)范中風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算式為:

式中:Kz為風(fēng)壓高度變化系數(shù);α 為與地面粗糙度類別有關(guān)的系數(shù)(見表1);zg為梯度高度，也與地面粗糙度類別有關(guān);zh為離地高度。

風(fēng)壓高度變化系數(shù)與地面粗糙度緊密相關(guān)，中美規(guī)范均對(duì)地面粗糙度進(jìn)行了相關(guān)分類，并在不同類別中規(guī)定了對(duì)應(yīng)參數(shù)。中國(guó)規(guī)范將地面粗糙度分為四類，美國(guó)規(guī)范分為三類，二者大體對(duì)應(yīng)，如表1。兩規(guī)范中對(duì)電線離地有效高度的規(guī)定有些微小差別:我國(guó)規(guī)范導(dǎo)地線離地平均高度取導(dǎo)地線懸點(diǎn)高度減去弧垂長(zhǎng)度的2/3;美國(guó)規(guī)程導(dǎo)線或地線離地平均高度取導(dǎo)線或地線懸點(diǎn)高度的平均值。

不同地面粗糙度類別中，GB 50545-2010 與ASCE 74-2009 中風(fēng)壓高度變化系數(shù)隨高度變化的關(guān)系如圖1。GB 50545-2010 中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)隨地貌類別A、B、C、D 依次減小，ASCE 74-2009 中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)隨地貌類別D、C、B 依次減小。10 m 高度以上時(shí)，地面粗糙度類別相同時(shí)，GB 50545-2010 中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)整體上均大于ASCE 74-2009 中的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，且高度增加時(shí)，二者差異越來越大。但高度小于25 m 時(shí)，ASCE 74-2009 中的B 類地貌風(fēng)壓高度變化系數(shù)大于GB 50545-2010 中的C類風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

BULLETIN 1724E-200 采用ASCE74 中C 類地形下的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行風(fēng)壓高度變化系數(shù)的計(jì)算。

表1 地面粗糙度類別及參數(shù)

圖1 風(fēng)壓高度變化系數(shù)與高度的關(guān)系

3.2 風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)及風(fēng)壓不均勻系數(shù)

中美兩國(guó)規(guī)范中均考慮了風(fēng)的動(dòng)力效應(yīng)對(duì)導(dǎo)地線的影響，并引入相關(guān)系數(shù)對(duì)風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)整，將脈動(dòng)風(fēng)荷載轉(zhuǎn)換為靜風(fēng)荷載進(jìn)行計(jì)算，我國(guó)規(guī)范稱之為風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，美國(guó)規(guī)范稱為陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)。

我國(guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中，導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)主要是考慮500 kV 及以上電壓等級(jí)線路絕緣子串較長(zhǎng)、子導(dǎo)線多，有發(fā)生動(dòng)力放大作用的可能，且隨風(fēng)速增大而增大。風(fēng)速不同時(shí)，對(duì)應(yīng)的風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)不同，如表2。500 kV 以下電壓等級(jí)線路的導(dǎo)地線風(fēng)荷載計(jì)算不考慮風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)。

ASCE 74-2009 中導(dǎo)地線陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)利用下列公式計(jì)算:

式中:Kv為10 m 高3 s 陣風(fēng)風(fēng)速與10 min 平均風(fēng)速的比值，取1．43;zh為導(dǎo)地線有效高度，即導(dǎo)線或地線懸點(diǎn)高度的平均值;S 為設(shè)計(jì)的導(dǎo)地線水平檔距;k 為表面阻力系數(shù);αFM為持續(xù)風(fēng)的冪指數(shù);LS為湍流積分尺度。

BULLETIN 1724E-200 采用ASCE74 中C 類地形下的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)的計(jì)算。

ASCE 74-2009 中導(dǎo)地線陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)是針對(duì)3 s 陣風(fēng)風(fēng)速的，陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)隨檔距的增大而增大，隨高度的增加而減小;相同條件下，B、C、D 地貌下的陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)依次減小。

我國(guó)規(guī)范中導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)僅與風(fēng)速有關(guān);而美國(guó)規(guī)范的陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)與檔距、高度、地貌粗糙度類別均相關(guān)，同時(shí)，該系數(shù)適用于所有電壓等級(jí)線路。檔距越大、高度越大的時(shí)候二者的差異越小。

表2 導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)及風(fēng)壓不均勻系數(shù)

我國(guó)規(guī)范中用風(fēng)壓不均勻系數(shù)來表征風(fēng)作用在導(dǎo)地線上的空間不均勻性，風(fēng)壓不均勻系數(shù)理論上相當(dāng)于檔距折減系數(shù)，其值與風(fēng)速有關(guān)，如表2。美國(guó)規(guī)范中沒有風(fēng)壓不均勻系數(shù)，但風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，檔距的影響包含在陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)中，檔距增大，陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)隨之減小，這在一定程度上考慮了風(fēng)荷載的空間不均勻性。

3.3 其他參數(shù)

對(duì)于線條體型系數(shù)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定線徑小于17 mm 或覆冰時(shí)(不論線徑大小)應(yīng)取1．2，線徑大于或等于17 mm 取1．1。ASCE 74-2009 認(rèn)為在沒有足夠野外風(fēng)力測(cè)試數(shù)據(jù)的情況下，單根導(dǎo)線或分裂導(dǎo)線及地線的載體型系數(shù)可取1．0。導(dǎo)線尺寸越小，風(fēng)載體型系數(shù)越大，若風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得的裸導(dǎo)線風(fēng)載體型系數(shù)小于1．0，但計(jì)算覆冰導(dǎo)線的風(fēng)載時(shí)仍采用1．0。BULLETIN 1724E-200的線條風(fēng)荷載計(jì)算式中直接默認(rèn)體型系數(shù)為1．0。故在體型系數(shù)取值上，我國(guó)規(guī)范大于美國(guó)規(guī)范的。

對(duì)于山區(qū)地形的影響，我國(guó)規(guī)范規(guī)定對(duì)于山區(qū)線路的基本風(fēng)速，當(dāng)無可靠資料時(shí)，宜將附近平原地區(qū)的統(tǒng)計(jì)值提高10%。ASCE74-2009 則規(guī)定了不同地形特征(二維山脊和懸崖，三維軸對(duì)稱山丘)下，線路位于半山或臨近懸崖時(shí)的地形系數(shù):

式中:K1為考慮地形特征和最大風(fēng)速影響的系數(shù);K2為風(fēng)速沿著距離的折減系數(shù);K3為風(fēng)速沿著高度的折減系數(shù);H 為山脊或懸崖的高度;Lh為山脊到高度一半處的水平距離;x 為山脊到建筑物之間的距離;z 為距局部地平線的高度;μ 為水平衰減系數(shù);γ 為高度衰減系數(shù)。

ASCE 74-2009 規(guī)定Kzt值不應(yīng)小于1．0，式11～13 中具體參數(shù)取值見文獻(xiàn)［1］。BULLETIN 1724E-200 主要計(jì)算的是C 類地形下的線條風(fēng)荷載值，故沒有考慮地形系數(shù)?？梢钥闯?，美國(guó)規(guī)范對(duì)于地形系數(shù)的規(guī)定較我國(guó)規(guī)范更加詳細(xì)具體，取值更加客觀和有針對(duì)性。

ASCE74-2009 導(dǎo)地線風(fēng)荷載計(jì)算式中有荷載系數(shù)一項(xiàng)，該值根據(jù)線路的重要性對(duì)應(yīng)的重現(xiàn)期選取:25 年為0．85;50 年為1．0;100 年為1．15;200 年為1．30;400 年為1．45。BULLETIN 1724 E-200 中風(fēng)荷載重現(xiàn)期對(duì)應(yīng)的是50 年，故荷載系數(shù)默認(rèn)為1．0。我國(guó)規(guī)范中與荷載系數(shù)對(duì)應(yīng)的系荷載分項(xiàng)系數(shù)不在線條風(fēng)荷載計(jì)算式中體現(xiàn)，而作單獨(dú)規(guī)定。對(duì)于不同重現(xiàn)期的線路，風(fēng)冰、荷載設(shè)計(jì)值中分項(xiàng)系數(shù)均取1．4。

4 覆冰荷載

4.1 覆冰荷載設(shè)計(jì)原則

根據(jù)文獻(xiàn)［9］要求，我國(guó)進(jìn)行覆冰地區(qū)線路設(shè)計(jì)時(shí)，在有足夠的、有效覆冰觀測(cè)資料情況下，采用極值I 型概率分布模型確定線路設(shè)計(jì)冰厚;甚少或無覆冰觀測(cè)資料可用時(shí)，應(yīng)通過對(duì)附近已有線路的覆冰調(diào)查分析確定設(shè)計(jì)冰厚。110 kV～330 kV 線路及其大跨越設(shè)計(jì)冰厚重現(xiàn)期為30年，500 kV、750 kV 線路及其大跨越設(shè)計(jì)冰厚重現(xiàn)期為50 年，1 000 kV 線路及其大跨越設(shè)計(jì)冰厚重現(xiàn)期為100 年。

文獻(xiàn)［9］將冰區(qū)按覆冰厚度及風(fēng)速分為輕冰區(qū)(δ≤10 mm)、中冰區(qū)(10 mm ＜δ≤20 mm)和重冰區(qū)(δ≥20 mm)，并推薦了中、重冰區(qū)供參照的覆冰氣象條件。大跨越設(shè)計(jì)冰厚較附近一般輸電線路設(shè)計(jì)冰厚增加5 mm，地線設(shè)計(jì)冰厚應(yīng)較導(dǎo)線冰厚增加5 mm。

文獻(xiàn)［1］中規(guī)定，美國(guó)覆冰荷載的確定采用兩種方法:(1)依據(jù)歷史覆冰數(shù)據(jù):通常依據(jù)氣象數(shù)據(jù)，采用累積覆冰模型來估計(jì)覆冰厚度。當(dāng)覆冰模型或?qū)嶋H覆冰厚度以及風(fēng)速數(shù)據(jù)確定時(shí)，設(shè)計(jì)覆冰厚度為I(IRP或γII50)。伴隨的風(fēng)速用來計(jì)算覆冰導(dǎo)線的橫向風(fēng)荷載，該荷載與覆冰垂直荷載共同作用于導(dǎo)線。(2)采用覆冰分布圖:在當(dāng)?shù)貧v時(shí)覆冰數(shù)據(jù)不足時(shí)，可有條件地使用文獻(xiàn)［1］中的冰區(qū)分布圖，冰區(qū)圖給出了50 年重現(xiàn)期的凍雨覆冰厚度及距地面10 m 處的3 s 陣風(fēng)風(fēng)速。對(duì)于重現(xiàn)期為25 年、100 年、200 年、400 年時(shí)的覆冰厚度及風(fēng)速，需要在50 年重現(xiàn)期冰厚及風(fēng)速基礎(chǔ)上乘上對(duì)應(yīng)的系數(shù)，如表3。冰區(qū)圖中的冰厚及風(fēng)速是基于C 類地面粗糙度的，但是也適用于B 類和D 類地面粗糙度。

表3 重現(xiàn)期的覆冰厚度系數(shù)與伴隨風(fēng)荷載系數(shù)

導(dǎo)地線上的覆冰厚度受該高度處的風(fēng)速影響，因此不同高度z 處的設(shè)計(jì)覆冰厚度Iz可以采用下式進(jìn)行修正:

式中:Iz為設(shè)計(jì)冰厚;I 為標(biāo)準(zhǔn)冰厚;z 為導(dǎo)地線離地高度，0 ＜z ＜275 m。

在山脊、懸崖等特殊地形上，導(dǎo)地線冰厚及對(duì)應(yīng)風(fēng)速均高于平地，因此當(dāng)風(fēng)速對(duì)應(yīng)的地形系數(shù)為Kzt時(shí)，冰厚的地形系數(shù)取。

文獻(xiàn)［2］中將美國(guó)分為3 個(gè)氣象荷載區(qū)，并對(duì)每個(gè)區(qū)的最低設(shè)計(jì)條件進(jìn)行了規(guī)定，如表4。極端冰厚及風(fēng)速需要設(shè)計(jì)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并參考文獻(xiàn)［1］中的冰區(qū)圖。

美國(guó)覆冰荷載中的冰厚以長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累為基礎(chǔ)，已有詳細(xì)冰區(qū)劃分圖，可查詢沿線覆冰情況、有多年觀冰資料可用。我國(guó)氣象臺(tái)站一般沒有覆冰觀測(cè)數(shù)據(jù)，只能采用沿線調(diào)查、根據(jù)附近線路運(yùn)行資料和經(jīng)驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)冰厚，盡管設(shè)計(jì)取值大都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求且考慮相應(yīng)重現(xiàn)期，但缺乏長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的支撐和數(shù)理模型的推算。

文獻(xiàn)［1］在冰區(qū)圖中給出了冰厚及對(duì)應(yīng)風(fēng)速，而文獻(xiàn)［2］及文獻(xiàn)［9］規(guī)定了各冰區(qū)的冰厚、氣溫、風(fēng)速(或風(fēng)壓)。我國(guó)規(guī)范［9］的冰厚不考慮高度、地形影響，而美國(guó)規(guī)范［1］的冰厚與風(fēng)速一樣，考慮高度系數(shù)及地形系數(shù)，更加具體和有針對(duì)性。

表4 氣象荷載區(qū)對(duì)應(yīng)的氣象條件

4.2 覆冰時(shí)荷載計(jì)算式

導(dǎo)地線覆冰時(shí)，中美兩國(guó)規(guī)程中計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)略有差別。我國(guó)規(guī)范按照不同覆冰厚度對(duì)應(yīng)取不同的覆冰風(fēng)荷載增大系數(shù):5 mm 冰區(qū)取1．1;10 mm 冰區(qū)取1．2;15 mm 冰區(qū)取1．3;20 mm 及以上冰區(qū)取1．5～2．0。美國(guó)規(guī)范不考慮覆冰風(fēng)荷載增大系數(shù)。覆冰時(shí)，我國(guó)規(guī)范中規(guī)定導(dǎo)地線體型系數(shù)取1．2［9］;美國(guó)規(guī)程中規(guī)定，計(jì)算覆冰導(dǎo)線上的風(fēng)荷載值時(shí)，應(yīng)確定風(fēng)載體型系數(shù)的大小建議值為1．0～1．4。在體型系數(shù)方面二者差異不大。

線條覆冰的垂直荷載，我國(guó)規(guī)程按下式計(jì)算:

式中:g2為凍雨覆冰單位長(zhǎng)度荷載，N/m;δ 為設(shè)計(jì)冰厚，mm;d 為導(dǎo)地線直徑，mm。

美國(guó)規(guī)程按下式計(jì)算:

式中:Wi為凍雨覆冰重力，N/m;Iz為設(shè)計(jì)冰厚，mm;d 為導(dǎo)地線直徑，mm。

從式(16)和式(17)可看出，中美兩國(guó)在覆冰的垂直荷載計(jì)算公式上差異不大，區(qū)別在于設(shè)計(jì)覆冰厚度。

4.3 計(jì)算結(jié)果比較

以某500 kV 線路單回直線塔的其中一相為例，進(jìn)行風(fēng)、冰荷載計(jì)算，基本參數(shù)如下:導(dǎo)線型號(hào)4 × LGJ- 400/35，外徑26．82 mm，10 min 時(shí)距大風(fēng)風(fēng)速27 m/s，10 min 時(shí)距覆冰風(fēng)速10 m/s，覆冰厚度10 mm，水平檔距420 m，計(jì)算高度取36 m。取我國(guó)規(guī)范B 類地形(美國(guó)規(guī)范C 類)。

從表5 計(jì)算結(jié)果可知，如上假設(shè)條件下，大風(fēng)工況時(shí)，我國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于美國(guó)規(guī)范各重現(xiàn)期下的荷載值;但我國(guó)規(guī)范50年重現(xiàn)期風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值大于美國(guó)規(guī)范50 年和100年重現(xiàn)期風(fēng)荷載，小于美國(guó)規(guī)范200 年和400 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載。覆冰工況下，我國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于美國(guó)規(guī)范50 年和100 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載，小于美國(guó)規(guī)范200 年和400 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載;但我國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值大于美國(guó)規(guī)范各重現(xiàn)期風(fēng)荷載;我國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期冰荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于美國(guó)規(guī)范各重現(xiàn)期冰荷載，其設(shè)計(jì)值大于美國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期冰荷載，小于其他重現(xiàn)期冰荷載。

表5 計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)論

(1)中美規(guī)范里面線條風(fēng)荷載值計(jì)算公式均考慮基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、體型系數(shù)、風(fēng)載調(diào)整系數(shù)(陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù))等。

(2)中美規(guī)范中基本風(fēng)速統(tǒng)計(jì)風(fēng)速的基準(zhǔn)高度、概率模型、標(biāo)準(zhǔn)地貌、空氣密度常數(shù)均一致。但我國(guó)規(guī)范采用10 min 的平均年最大風(fēng)速，美國(guó)規(guī)范采用3 s 時(shí)距陣風(fēng)風(fēng)速;美國(guó)規(guī)范基本風(fēng)速重現(xiàn)期為50 年，我國(guó)則與電壓等級(jí)有關(guān)。

(3)10 m 高度以上，地面粗糙度類別相同時(shí)，我國(guó)規(guī)范的風(fēng)壓高度變化系數(shù)整體上均大于美國(guó)規(guī)范的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，且高度增加時(shí)，二者差異越來越大，但高度小于25 m 時(shí)，美國(guó)的B 類地貌風(fēng)壓高度變化系數(shù)大于我國(guó)C 類。

(4)我國(guó)規(guī)范中導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)僅與風(fēng)速有關(guān);而美國(guó)規(guī)范的陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)與檔距、高度、地貌粗糙度類別均相關(guān)，同時(shí)，該系數(shù)適用于所有電壓等級(jí)線路，其陣風(fēng)響應(yīng)系數(shù)整體上略大于我國(guó)規(guī)范的風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，檔距越大、高度越大的時(shí)候二者的差異越小。

(5)美國(guó)覆冰荷載中的冰厚以長(zhǎng)期數(shù)據(jù)積累為基礎(chǔ)，已有詳細(xì)冰區(qū)劃分圖;我國(guó)一般采用沿線調(diào)查、根據(jù)附近線路運(yùn)行資料和經(jīng)驗(yàn)來確定設(shè)計(jì)冰厚，但缺乏長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)的支撐和數(shù)理模型的推算。我國(guó)規(guī)范的冰厚不考慮高度、地形影響;而美國(guó)規(guī)范的冰厚與風(fēng)速一樣，考慮高度系數(shù)及地形系數(shù)，更加具體和有針對(duì)性。

(6)本文的算例中，大風(fēng)下，我國(guó)規(guī)范導(dǎo)線50 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值較小，但設(shè)計(jì)值大于美國(guó)規(guī)范100 年重現(xiàn)期;覆冰下，我國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期風(fēng)荷載值較大，但冰荷載值僅比美國(guó)規(guī)范50 年重現(xiàn)期冰荷載值略大。

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