基于區(qū)格法的輸電塔有加勁塔腳板強度分析

俞登科，任吉華，段松濤，邢月龍

(1．電力規(guī)劃總院有限公司，北京 100120；2．濰坊五洲鼎益鐵塔有限公司，山東 安丘 262100；3．浙江省電力設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310012)

基于區(qū)格法的輸電塔有加勁塔腳板強度分析

俞登科1，任吉華2，段松濤1，邢月龍3

(1．電力規(guī)劃總院有限公司，北京 100120；2．濰坊五洲鼎益鐵塔有限公司，山東 安丘 262100；3．浙江省電力設(shè)計院有限公司，浙江 杭州 310012)

DL/T5154—2012《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》對Ⅰ型塔腳板提出了兩種不同的計算方法，而未提及Ⅱ型塔腳板。為此通過采用區(qū)格法對具體算例進行分析，結(jié)果表明：規(guī)范針對Ⅰ型塔腳板所提兩種計算方法并不等價，建議在工程設(shè)計中選取方法一；區(qū)格法簡單、高效，將其拓展應用于Ⅱ型塔腳板切實可行。

輸電塔；塔腳板；加勁肋；區(qū)格法。

1 概述

塔腳板作為連接輸電鐵塔上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間的重要構(gòu)件，其計算的準確性和完備性將直接影響鐵塔和線路的安全與可靠。隨著近些年電壓等級和輸電容量的大幅提高，輸電鐵塔所承受荷載也相應提升明顯。在實際工程應用中，塔腳板由一開始的無加勁肋板發(fā)展到有加勁肋板，地腳螺栓數(shù)量也從4個增加至8個甚至更多。

4個地腳螺栓無加勁塔腳板強度的計算公式來源于意大利SAE公司。該公司經(jīng)過一系列力學試驗表明：在設(shè)計荷載作用下，塔腳板的變形小于1.0 mm；在極限荷載作用下，底板變形小于1.5 mm。

4個地腳螺栓有加勁塔腳板強度計算，受壓時是按傳統(tǒng)的計算公式；受拉時則采用了區(qū)格法計算公式，此公式是在東北電力設(shè)計院推薦公式基礎(chǔ)上，進行了一定修正。8個地腳螺栓塔腳板計算，當沒有布置加勁板時，其強度的計算公式與4個地腳螺栓無加勁板的計算公式一致；當布置有加勁板時，DL/T5154—2012《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》(以下簡稱《桿塔規(guī)定》)7.5.3條指出：強度可按照三邊固端、一邊自由進行計算，也可按照圖示1/3區(qū)域的受力范圍進行計算。

《桿塔規(guī)定》中對于8個地腳螺栓有加勁塔腳板，提出了兩種可選區(qū)格計算方法，然而對這兩種方法的適用性與等價性并未作進一步的對比分析；且所提計算方法只是針對Ⅰ型塔腳板，而對實際工程應用中常用的Ⅱ型塔腳板并未作任何計算規(guī)定。因此有必要對其進行深入研究。

2 區(qū)格法簡述

圖1 4個地腳螺栓有加勁塔腳板

4個地腳螺栓有加勁塔腳板(圖1)強度計算最早采用東北電力設(shè)計院提出的推薦計算公式，由于該公式欠缺合理理論推導且存在一定的缺陷，《桿塔規(guī)定》提出了區(qū)格法。將有加勁塔腳板視為直角邊支承的板受彎問題，按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊》等的相關(guān)規(guī)定，當板上荷載等效為均布荷載時，其彎矩計算式為：

對于等直角邊，α等于0.06，當?shù)啬_螺栓處于區(qū)格中心時，其集中荷載產(chǎn)生的彎矩等效于均布荷載產(chǎn)生的彎矩，當?shù)啬_螺栓與支座(肋板)距離大于區(qū)格邊長的一半時，其彎矩與地腳螺栓與支座(肋板)距離成正比，由此可推出區(qū)格彎矩：

當Yi＜0.5bi時，取Yi=0.5bi。

式中： T為塔腳板上作用的拉力(N)； N為塔腳板寬度(mm)；Yi為第i個區(qū)格地腳螺栓中心至主角鋼的距離(mm)； b為第i個區(qū)格的寬度(mm)；

3 8個地腳螺栓有加勁Ⅰ型塔腳板

《桿塔規(guī)定》給出了見圖2Ⅰ型塔腳板的兩種計算方法。

圖2 8個地腳螺栓有加勁Ⅰ型塔腳板

算例1：

S1=150mm，S2=150mm

T=7073kN，f=0.25kN/mm2

B=1200mm。

(1)方法一：按照區(qū)格中1/3受力范圍對塔腳板強度進行計算。

彎矩計算式為：

方法二：按照三邊固端、一邊自由對塔腳板強度進行計算。

對于三邊支承板，其彎矩計算式為：

查表得到：β=0.112。

可見，《桿塔規(guī)定》所提兩種算法并不等價，且方法二中計算得到的底板厚度要明顯小于方法一中計算所得。造成這一結(jié)果的主要原因在于方法二中存在兩個強假定：(1)視區(qū)格為三邊支承板；(2)將集中荷載等效為均布荷載。

然而通常加勁肋的厚度、高度取值與靴板相比小不少，即加勁肋的剛度相對較弱，其所起到的支承作用也要弱于靴板，不能將其視為與靴板一致的固端支承。其次，由于塔腳板有8個地腳螺栓，其區(qū)格相對較小，此時將集中荷載等效為均布荷載，會產(chǎn)生較大的誤差。因此，建議針對8個地腳螺栓有加勁Ⅰ型塔腳板采用方法一計算塔腳板強度。

4 8個地腳螺栓有加勁Ⅱ型塔腳板

實際工程中常用圖3所示的8個地腳螺栓有加勁Ⅱ型塔腳板。《桿塔規(guī)定》中并未給出此類塔腳板強度計算公式。采用方法一計算，考慮加勁肋的剛度較靴板剛度弱，建議加勁肋承擔相對較小荷載，而靴板承擔相對較大荷載?，F(xiàn)階段可暫按加勁肋板承擔1/5～2/5荷載，靴板承擔3/5～4/5荷載進行包絡(luò)估算，加勁肋板和靴板承擔荷載精確比例關(guān)系有待下階段進一步深入研究。

算例2：

S1=185 mm，S2=195 mm

圖3 8個地腳螺栓有加勁Ⅱ型塔腳板

S3=185 mm，S4=27 mm

T=6959kN，f=0.25kN/mm2

B=1130mm。

按照加勁肋板承擔1/5～2/5荷載，靴板承擔3/5～4/5荷載進行計算。

對加勁肋板邊：

對靴板邊：

因此，可?。簍3=91.38 mm 。

5 建議

(1)在對8個地腳螺栓有加勁Ⅰ型塔腳板進行強度計算時，《桿塔規(guī)定》所提兩種方法并不等價。若將區(qū)格視為三邊支承，且把集中荷載等效為區(qū)格內(nèi)的均布荷載，會產(chǎn)生較大誤差，建議按照區(qū)格的1/3受力范圍進行計算。

(2)針對8個地腳螺栓有加勁Ⅱ型塔腳板，若按集中荷載進行強度計算，需考慮加勁肋因剛度較弱而承擔較小荷載，靴板承擔較大荷載。兩者承擔荷載精確比例關(guān)系有待下階段進一步深入研究。

[1] 俞登科．±800 kV直流雙柱懸索拉線塔-線體系風致振動研究[D]．重慶：重慶大學，2014．

[2] 李正良，等．特高壓拉線式懸索塔風洞試驗研究[J]．特種結(jié)構(gòu)，2014，31(4)．

[3] 俞登科，等．拉線初張力對特高壓雙柱懸索拉線塔受力性能影響的風洞試驗研究[J]．振動與沖擊，2015，34(13)．

[4] 俞登科，等．±800 kV直流雙柱懸索拉線塔塔線體系風振響應的風洞試驗研究[J]．中國電機工程學報，2015，35(4)．

[5] DL/T 5154-2002，架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定 [S]．

[6] DL/T 5154-2012，架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定 [S]．

[7] 《鋼結(jié)構(gòu)手冊》編輯委員會．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社．2004．

[8] 張殿生．電力股長高壓送電線路設(shè)計手冊[M]．北京：中國電力出版社，2002．

[9] 陳紹蕃．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M]．北京：科學出版社，2005．

Strength Analysis of Tower Footing Plate with Stiffening in Transmission Tower Based on Lattice Method

YU Deng-ke1, REN Ji-hua2, DUAN Song-tao1, XING Yue-long3
(1. Electric Power Planning ＆Engineering Institute Co., Ltd, Beijing 100120, China; 2. Weifang Wuzhou Dingyi Steel Tower Co., Ltd, Anqiu 262100, China; 3. Zhejiang Electric Power Design Institute Co., Ltd, Hangzhou 310012, China)

DL/T5154—2012 technical code for the design of tower and pole structures of overhead transmission line provides two different calculating methods for Type I tower footing plate without mentioning Type II. Therefore, the lattice method is introduced to study on it. The analysis of numerical examples indicates that: (1)the two calculation methods for Type I are not equivalent, so it is recommended to select method 1 in engineering design; (2)being very simple and effective, the lattice method can be applied to Type II tower footing plate.

transmission tower; tower footing plate; stiffening rib; lattice method.

TM75

B

1671-9913(2017)02-0042-03

2016-10-14

俞登科(1987- )，男，浙江諸暨人，博士，從事輸電線路方面的研究。