專題4—工程設(shè)計使用壽命

1、專題之四： 工程設(shè)計使用壽命目錄1 設(shè)計使用壽命的建議目標12 工程設(shè)計使用壽命研究12.1 概述12.2 可靠度理論的計算方法22.3 荷載的統(tǒng)計分析32.4 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)抗力的統(tǒng)計特征42.5 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析的極限狀態(tài)方程72.6 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析132.7 工程耐久性探討142.8 本工程提高設(shè)計使用壽命措施163 結(jié)論19前 言為了建設(shè)世界一流電網(wǎng)，以電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量的提升促進國家電網(wǎng)公司發(fā)展質(zhì)量的提升，提高工程建設(shè)安全質(zhì)量和工藝水平，確保工程的可靠性與耐久性。本投標設(shè)計進行了工程設(shè)計使用壽命專題研究。1 設(shè)計使用壽命的建議目標

2、輸電線路工程主要組成部件的預(yù)計使用壽命差異較大，根據(jù)國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及國家電網(wǎng)基建【2012】386號文關(guān)于印發(fā)國家電網(wǎng)公司輸變電工程提高設(shè)計使用壽命指導(dǎo)意見（試行）的通知，推薦一般環(huán)境下常用輸電線路部件的使用壽命建議值見表1-1。表1-1 一般環(huán)境下常用輸電線路部件的使用壽命( 單位:年)部件基礎(chǔ)桿塔導(dǎo)線地線絕緣子金具合成瓷玻璃使用年限60404040204040402 工程設(shè)計使用壽命研究2.1 概述本文根據(jù)國家電網(wǎng)公司對于輸電線路各部件設(shè)計使用壽命的建議目標，以我國現(xiàn)行國家標準GB50545-2010110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范和電力行業(yè)標準DL/T 5154-2

3、002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定關(guān)于鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和導(dǎo)地線、絕緣子及金具、桿塔基礎(chǔ)等輸電線路部件的有關(guān)設(shè)計規(guī)定為基準，對在設(shè)計使用年限的輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、輸電線路元件和桿塔基礎(chǔ)的可靠度水平進行了校準分析。并在此基礎(chǔ)上，為保證輸電線路各部件的設(shè)計使用壽命，探討提高輸電線路各部件的耐久性措施。最后結(jié)合本工程實際情況，論述提高本工程設(shè)計使用壽命的具體方法和措施。在綜合分析已收集到的國內(nèi)冰、風(fēng)荷載統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上，初步確定了冰、風(fēng)荷載的概率分布類型和相關(guān)統(tǒng)計參數(shù)；采用GB 50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準推薦的一次二階矩法，對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和輸電線路元件及桿塔基礎(chǔ)承載能力極

4、限狀態(tài)下的可靠度進行了校準分析；輸電線路規(guī)定110-330kV輸電線路風(fēng)荷載 “30年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標。而按風(fēng)荷載 “50年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平與GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標相當(dāng)。因此，本文建議，我國110kV架空送電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計時，風(fēng)荷載的重現(xiàn)期宜提高為“50年一遇”，并考慮風(fēng)荷載動力放大作用的影響；經(jīng)計算得的導(dǎo)、地線可靠指標均高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的導(dǎo)線和地線在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；金具和

5、絕緣子的安全度設(shè)置水平亦高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的絕緣子和金具在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；經(jīng)計算得桿塔基礎(chǔ)的可靠指標高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整。在廣泛收集運行統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上，探討提高輸電線路鐵塔、基礎(chǔ)、導(dǎo)地線、光纜、金具、絕緣子、接地網(wǎng)的耐久性措施，延長輸電線路的設(shè)計使用壽命。結(jié)合工程實際情況，通過本工程設(shè)計選型優(yōu)化，選用了相應(yīng)的基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)材料、導(dǎo)線型式、金具型式、絕緣子型式、接地型式和防腐蝕措施，提高輸電

6、線路的設(shè)計使用壽命。2.2 可靠度理論的計算方法結(jié)構(gòu)可靠性定義為：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度是對結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，它是建立在統(tǒng)計數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上經(jīng)計算分析后確定的，是一種定量概念。研究輸電塔結(jié)構(gòu)的可靠度就是為了使結(jié)構(gòu)能以經(jīng)濟、適當(dāng)?shù)目煽慷葋頋M足各種預(yù)定功能的要求。在結(jié)構(gòu)可靠度分析中，目前主要采用一次二階矩法、蒙特卡羅法、響應(yīng)面法和隨機有限元法等計算方法。2.3 荷載的統(tǒng)計分析對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度進行校準分析時，就必須對各種常遇的荷載進行統(tǒng)計分析，確定其均值和變異性及概率分布類型。輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)承受的作用多而復(fù)雜，為簡化計算，本文對輸電線

7、路鐵塔結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度進行校準分析時，取輸電線路在正常運行工況下常遇的主要荷載，即永久荷載、風(fēng)荷載和覆冰荷載進行統(tǒng)計分析。對于永久荷載，其值在設(shè)計基準期內(nèi)基本不變，因此，可以將永久荷載直接轉(zhuǎn)化為與時間無關(guān)的隨機變量描述。確定年最大覆冰荷載的均值時，除參考1991年IEC 826-4的上述推薦值外，還根據(jù)我國現(xiàn)有覆冰荷載統(tǒng)計資料確定的變異系數(shù)，并假設(shè)覆冰荷載的概率分布類型為極值I型分布，按照設(shè)計基準期50年內(nèi)覆冰荷載最大值的平均值與覆冰荷載標準值近似相等的原則，即，對覆冰荷載年最大分布的平均值進行了大量的試算，求得當(dāng)覆冰荷載年最大分布的平均值0.45，0.403，在設(shè)計基準期為50年內(nèi)最大

8、覆冰荷載均值1.003，變異系數(shù)為0.181。2.4 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)抗力的統(tǒng)計特征影響輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素包括材料性能的不定性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性、計算模式的不定性等，這些因素的不定性可分別用隨機變量、表示。由于各種因素一般都是隨機變量，因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力經(jīng)常是多元隨機變量的函數(shù)。要想直接獲得截面抗力R的統(tǒng)計參數(shù)及其分布類型是較為困難的，目前國內(nèi)外一般都是采用間接的方法，即先對影響截面抗力的主要因素分項進行統(tǒng)計分析，確定其統(tǒng)計參數(shù)，然后通過截面抗力與各因素間的函數(shù)關(guān)系，利用統(tǒng)計數(shù)學(xué)中的誤差傳遞公式推求截面抗力R的統(tǒng)計參數(shù)。我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范編制組在按概率極限

9、狀態(tài)設(shè)計法的要求編制GBJ 17-88開始，先后對國產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼材進行了三次專項調(diào)研，并用數(shù)理統(tǒng)計的檢驗法和柯爾莫哥洛夫檢驗法進行了檢驗，結(jié)果表明，在5%的顯著性水平上，我國結(jié)構(gòu)鋼材屈服點服從正態(tài)分布，根據(jù)國產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼材料性能的最新信息，求得國產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼的材料性能的統(tǒng)計參數(shù)見表2-1。表2-1 國產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼的材料性能的統(tǒng)計參數(shù)鋼材品種(mm)Q2351.0700.0811.0740.0771.1180.0661.0870.066Q3451.0400.0661.0180.0671.1250.0571.1840.083對于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性，關(guān)對于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何特征的統(tǒng)計分

10、析，取1.00，0.05。荷載作用下輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu), 主要承受由荷載作用引起的軸向拉力和壓力，由荷載作用引起的彎矩相對較小，為簡化計算，本文在計算輸電線路結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標時，不考慮由荷載作用引起的彎矩，直接按軸心受拉構(gòu)件或軸心受壓構(gòu)件考慮。軸心受力構(gòu)件計算模式不定性的統(tǒng)計參數(shù)可分別取為：軸心受拉構(gòu)件， =1.05，0.07；軸心受壓構(gòu)件， =1.03，0.07。對于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件，常用鋼材的厚度為524mm，故本文在計算輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力統(tǒng)計參數(shù)時，以厚度t16mm和16mmt40mm的鋼材材料性能的平均值進行計算。輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力統(tǒng)計參數(shù)見表2-2。表2-2 輸電線

11、路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力統(tǒng)計參數(shù) 鋼材級別構(gòu)件類型Q235Q345分布類型軸心受壓1.1040.1171.0600.109對數(shù)正態(tài)分布軸心受拉1.1260.1171.0800.109導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等各種受力元件材料性能不定性的統(tǒng)計特征，如表2-3所示。表2-3 導(dǎo)地線、絕緣子和金具等線路元件材料性能的統(tǒng)計特征線路元件概率分布類型均值系數(shù)變異系數(shù)導(dǎo)線正態(tài)分布1.0400.0312地線正態(tài)分布1.2350.0283絕緣子瓷絕緣子正態(tài)分布1.1230.0855玻璃絕緣子正態(tài)分布1.1770.0637金具球頭掛環(huán)、碗頭掛板、U形掛環(huán)、平行掛環(huán)、懸垂線夾對數(shù)正態(tài)分布1.2000.150限于目前缺乏

12、輸電線路元件幾何參數(shù)的不定性，參考關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何特征的統(tǒng)計分析，近似將導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等線路元件幾何參數(shù)不定性Ka的統(tǒng)計參數(shù)均取為1.00，0.05。輸電線路導(dǎo)地線、絕緣子和金具等元件抗力的統(tǒng)計參數(shù)見表2-4。表2-4 導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等受力元件抗力的統(tǒng)計結(jié)果結(jié)構(gòu)元件均值系數(shù)變異系數(shù)導(dǎo)線1.0920.092地線1.2970.091絕緣子瓷絕緣子1.1790.121玻璃絕緣子1.2360.107金具1.2600.173根據(jù)中心極限定理，輸電線路導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等元件抗力的概率分布類型亦近似按對數(shù)正態(tài)分布考慮。影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)抗力的主要因素包括材料性能的不定性、基礎(chǔ)

13、幾何參數(shù)的不定性、計算模式的不定性等，這些因素的不定性可分別用隨機變量、表示。由于各種因素一般都是隨機變量，因此，基礎(chǔ)的抗力經(jīng)常是多元隨機變量的函數(shù)。要想直接獲得基礎(chǔ)抗力R的統(tǒng)計參數(shù)及其分布類型是較為困難的，目前國內(nèi)外一般都是采用間接的方法，即先對影響基礎(chǔ)抗力的主要因素分項進行統(tǒng)計分析，確定其統(tǒng)計參數(shù)，然后通過基礎(chǔ)抗力與各因素間的函數(shù)關(guān)系，利用統(tǒng)計數(shù)學(xué)中的誤差傳遞公式推求基礎(chǔ)抗力R的統(tǒng)計參數(shù)。2.5 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析的極限狀態(tài)方程鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)方程在結(jié)構(gòu)可靠性分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可由其功能函數(shù)來表達。其形式為：其中隨機矢量表示工程結(jié)構(gòu)中存在的各種不確定性信息的隨

14、機變量，比如材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)幾何尺寸的隨機性以及荷載的隨機性等。上述各隨機變量Xi從性質(zhì)上來說，可分為兩大類：一類是作用或作用效應(yīng)，用S表示，另一類是結(jié)構(gòu)抗力，用R表示。若僅以荷載效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R作為兩個基本隨機變量，功能函數(shù)可表示為：隨著各隨機變量的變化，功能函數(shù)Z有三種變化：當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。對于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)，DL/T 5154-2002規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有軸心受拉構(gòu)件、軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件和拉彎構(gòu)件等，對于軸心受壓構(gòu)件還分別給出了強度計算公式和穩(wěn)定計算公式。根據(jù)工程經(jīng)驗，在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件中

15、，主要承受由荷載作用引起的軸向拉力和壓力，由荷載作用引起的彎矩相對較小，為簡化計算，本文在計算輸電線路結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標時，不考慮由荷載作用引起的彎矩，直接按軸心受拉構(gòu)件或軸心受壓構(gòu)件考慮。在極限荷載作用下，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的受拉構(gòu)件和受壓構(gòu)件破壞模式不同，受拉構(gòu)件一般為強度破壞，受壓構(gòu)件則大多是穩(wěn)定破壞。當(dāng)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件為軸心受拉構(gòu)件時，破壞形式是強度破壞，其抗力可表示為：式中 鋼材強度設(shè)計值；鋼材強度標準值；構(gòu)件強度折減系數(shù)，對于受拉構(gòu)件，雙肢連接的角鋼取m1.0，單肢連接的角鋼(肢寬40mm)取m=0.70，雙肢連接的角鋼(肢寬40mm)取m=0.55；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料性能分項系數(shù)；按現(xiàn)行規(guī)

16、范計算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力標準值；構(gòu)件凈截面面積，mm2。當(dāng)僅考慮永久荷載和風(fēng)荷載的組合時，則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)S可寫為：令， 則可簡化為：=由此可確定輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的功能函數(shù)為：Z=RSGSw=則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSw0式中 SG永久作用引起的效應(yīng)設(shè)計值；SQ可變作用引起的效應(yīng)設(shè)計值。其余符號意義同前。當(dāng)考慮永久荷載+風(fēng)荷載、覆冰荷載的組合時，則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)S可寫為：令 ，則公式可簡化為：=則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSwSi0式中，覆冰荷載的效應(yīng)標準值；覆冰荷載參與組合時，風(fēng)荷載效應(yīng)與永久荷

17、載效應(yīng)的比值；覆冰荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值。其余符號意義同前。輸電線路元件的極限狀態(tài)方程對于輸電線路元件可靠度的計算，與鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度的計算類似，本文也考慮常用的2種荷載組合情況：工況一：基本風(fēng)速、無冰、未斷線；工況二：設(shè)計覆冰及相應(yīng)風(fēng)速和氣溫、未斷線，由此分別給出導(dǎo)地線的極限狀態(tài)方程如下。在風(fēng)荷載組合（工況一）下，導(dǎo)地線的荷載效應(yīng)S可寫為： 式中，K導(dǎo)地線等元件的安全系數(shù)；重力荷載效應(yīng)值；風(fēng)荷載效應(yīng)值。在冰風(fēng)荷載組合（工況二）下，導(dǎo)地線的荷載效應(yīng)S可寫為：式中，覆冰荷載引起的效應(yīng)值；覆冰時相應(yīng)的風(fēng)荷載效應(yīng)值。風(fēng)荷載組合（工況一）下導(dǎo)地線的極限狀態(tài)方程為：0式中，R導(dǎo)地線等元件的抗力值

18、。.冰風(fēng)荷載組合（工況二）下導(dǎo)地線的極限狀態(tài)方程為：0式中符號意義同前。由于絕緣子和金具的荷載效應(yīng)是在導(dǎo)線的掛點處所產(chǎn)生的，且產(chǎn)生荷載效應(yīng)的因素以及荷載效應(yīng)的作用方式也是相同的，故可以認為絕緣子、金具的極限狀態(tài)方程與導(dǎo)線的極限狀態(tài)方程的形式相同。需要說明的是，斷線、斷聯(lián)時由于絕緣子和金具所承受的荷載發(fā)生變化，故其極限狀態(tài)方程也發(fā)生改變。因此，本文在計算輸電線路元件的可靠度時，僅對最大使用荷載作用下輸電線路元件的可靠指標進行計算?；A(chǔ)極限狀態(tài)方程在結(jié)構(gòu)可靠性分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可由其功能函數(shù)來表達。其形式為：其中隨機矢量表示工程結(jié)構(gòu)中存在的各種不確定性信息的隨機變量，比如材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)幾何尺寸

19、的隨機性以及荷載的隨機性等。上述各隨機變量Xi從性質(zhì)上來說，可分為兩大類：一類是作用或作用效應(yīng)，用S表示，另一類是結(jié)構(gòu)抗力，用R表示。若僅以荷載效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R作為兩個基本隨機變量，功能函數(shù)可表示為：隨著各隨機變量的變化，功能函數(shù)Z有三種變化：當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z0時，表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。對于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)，DL/T 5219-2005規(guī)定了基礎(chǔ)上拔和下壓穩(wěn)定計算公式等。根據(jù)工程經(jīng)驗，在輸電線路鐵塔基礎(chǔ)中，主要承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的上拔力，下壓力和水平力對基礎(chǔ)的可靠度的影響較小，為簡化計算，原狀土基礎(chǔ)可靠性低于非原狀土基礎(chǔ)，本文僅計算輸電線

20、路原狀土基礎(chǔ)上拔作用的可靠指標。當(dāng)時，即基礎(chǔ)上拔深度不大于抗拔土體的臨界深度時，：當(dāng)ht>hc時： 式中：ht基礎(chǔ)的上拔深度； hc基礎(chǔ)原狀抗拔土體的臨界深度； C土體飽和狀態(tài)下的凝聚力； 天然土的容重，由試驗確定； Qf基礎(chǔ)自重； D基礎(chǔ)底板直徑； （ht- hc）范圍內(nèi)基礎(chǔ)的體積； A1、A2系數(shù)，是土內(nèi)摩擦角及相對深度ht/D的函數(shù)； 相鄰上拔基礎(chǔ)影響系數(shù)； 水平荷載影響系數(shù)； 基礎(chǔ)底板展開角影響系數(shù)。當(dāng)僅考慮永久荷載和風(fēng)荷載的組合時，則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的荷載效應(yīng)S可寫為：令， 則公式簡化為：=由此可確定輸電線路鐵塔基礎(chǔ)承載能力的功能函數(shù)為：Z=RSGSw=則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)承載能

21、力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSw0式中 SG永久作用引起的效應(yīng)設(shè)計值；SQ可變作用引起的效應(yīng)設(shè)計值。其余符號意義同前。當(dāng)考慮永久荷載+風(fēng)荷載、覆冰荷載的組合時，則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的荷載效應(yīng)S可寫為：令 ，則公式可簡化為：=則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)承載能力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSwSi0式中，覆冰荷載的效應(yīng)標準值；覆冰荷載參與組合時，風(fēng)荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值；覆冰荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值。其余符號意義同前。2.6 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析在綜合分析已收集到的國內(nèi)冰、風(fēng)荷載統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上，初步確定了冰、風(fēng)荷載的概率分布類型和相關(guān)統(tǒng)計參數(shù)；采用GB 50068-2001建

22、筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準推薦的一次二階矩法，對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和輸電線路元件及桿塔基礎(chǔ)承載能力極限狀態(tài)下的可靠度進行了校準分析；輸電線路規(guī)定110-330kV輸電線路風(fēng)荷載 “30年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標。而按風(fēng)荷載 “50年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平與GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標相當(dāng)。因此，本文建議，我國110kV架空送電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計時，風(fēng)荷載的重現(xiàn)期宜提高為“50年一遇”，并考慮風(fēng)荷載動力放大作用的影響；經(jīng)計算得的導(dǎo)、地線可靠指標均高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目

23、標可靠指標，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的導(dǎo)線和地線在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；金具和絕緣子的安全度設(shè)置水平亦高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的絕緣子和金具在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；經(jīng)計算得桿塔基礎(chǔ)的可靠指標高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標，說明我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整。2.7 工程耐久性探討（1）提高基礎(chǔ)鋼筋耐久性措施輸電線路桿塔基礎(chǔ)一般為鋼筋混凝土材料，提高基礎(chǔ)耐久性的包括提高混凝土的耐久性和提高基礎(chǔ)鋼筋的耐久性。目前提高混凝土耐久性措

24、施有：1）摻入高效減水劑；2）摻入高效活性礦物摻料；3）消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素。提高基礎(chǔ)鋼筋耐久性措施有：1）主要是提高混凝土自身的防護能力：選擇優(yōu)質(zhì)水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用優(yōu)良外加劑、摻合料、增加保護層厚度等。2）外涂層、滲透層、覆蓋層、隔離層；水泥基層、聚合物、樹脂類涂層等。鋼筋阻銹刑 有陰極型、陽極型、復(fù)合型等類型，系由無機和有機物構(gòu)成。3）采用特種鋼筋：環(huán)氧涂層鋼筋、耐蝕鋼筋、不銹鋼筋、鍍鋅鋼筋等。4）陰極保護（2）提高鐵塔耐久性措施1）鐵塔地上部分必須全部有符合技術(shù)標準的熱浸鍍鋅，表面光潔，無大面積缺損，完好的熱鍍鋅層一般無需日常保養(yǎng)維護。2）鐵塔連接螺栓均應(yīng)采用冷

25、鐓熱浸鍍鋅螺栓和螺母。3）鐵塔運行維護時防腐方面存在問題的處理（3）提高導(dǎo)地線耐久性措施在重污穢區(qū)導(dǎo)線設(shè)計可選擇全鋁合金線和鋁包鋼芯鋁絞線，地線選擇鋁包鋼絞線，以提高導(dǎo)線的防腐性能。針對工程環(huán)境、特點的導(dǎo)、地線選型，可提高導(dǎo)、地線的使用壽命。微風(fēng)振動，防振錘對導(dǎo)、地線的磨損也會影響導(dǎo)線壽命的因素，可適當(dāng)提高導(dǎo)、地線掛點處的設(shè)計安全系數(shù)。另外，所選導(dǎo)線有一定輸送容量裕度，或不換塔加塔即可替換為高容量的其他型式導(dǎo)線，也可提高工程整體的使用壽命。（4）提高光纜耐久性措施1）合理設(shè)計光纜的特性參數(shù)、結(jié)構(gòu)2）強調(diào)OPGW與金具和附件配合3）考慮OPGW的可修復(fù)性能 （5）提高絕緣子耐久性措施懸垂串和跳線

26、串可采用合成絕緣子，耐張串可采用高瓷質(zhì)的瓷絕緣子。合成絕緣子具有重量輕、機電強度高等優(yōu)點，因而可用于城網(wǎng)改造，用來架設(shè)緊湊型架空線路。特別是合成絕緣子由于硅橡膠制成的傘盤具有良好的憎水遷移性能，抗污閃能力強。合成絕緣子的臨界閃絡(luò)鹽密值為0.6mg/cm，遠大于一般瓷質(zhì)絕緣子抗污閃能力，具有良好的抗污閃性能，尤其適應(yīng)于化工區(qū)等污穢特別嚴重的地區(qū)使用，以有效地提高線路運行可靠性，減少線路維護工作量，同時具有良好的耐雷性能。（6）提高接地網(wǎng)耐久性接地體的防腐措施1）正確選用接地體材料2）陰極保護法接地引下線的防腐措施一般采取的措施是從地下與水平接地體連接處開始刷瀝清漆或防銹漆，直到地上與設(shè)備連按處。

27、特殊防腐措施是在接地體周圍尤其在拐彎處加適當(dāng)?shù)氖襾硖岣遬H值，或在其周圍包上碳素粉加熱后形成復(fù)合鋼體。在接地引下線地下近地面1020cm處最容易銹蝕，可在此處套上絕緣材料，如塑料等，并定期進行維護。2.8 本工程提高設(shè)計使用壽命措施（1）桿塔輸電線路規(guī)定110-330kV輸電線路風(fēng)荷載 “30年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標。而按風(fēng)荷載 “50年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平與GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別的目標可靠指標相當(dāng)。因此，本工程按重現(xiàn)期為50年的設(shè)計基準風(fēng)速設(shè)計，保證輸電鐵塔結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)的可靠度水平。另

28、外，為提高鐵塔的使用壽命，鐵塔全部構(gòu)件、螺栓、腳釘均采用熱鍍鋅防腐。 由于鐵塔在運輸及安裝過程中，可能會局部破壞鐵塔鋼材的鍍鋅層，因此在鐵塔組立完畢應(yīng)及時進行防腐蝕處理。措施如下：1)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件良好，原添面或鍍層尚在，局部銹蝕添面脫落，可認真清潔，隔2年一次刷漆防腐。2)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件良好，原添面或鍍層完全脫落，母材有淺度銹蝕形成麻點?？ǔ邷y量母材厚度不變，此時該鐵塔需認真除銹清潔，刷防銹漆(二遍)，如處理質(zhì)量良好，可繼續(xù)使用5年以上，但應(yīng)隔2年刷漆一次。3)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件完整，原添面或鍍層完全脫落，母材有較深銹蝕或銹漲，去除銹蝕層，卡尺測量母材厚度已不足，此時該鐵塔剛度和強度已發(fā)生變化，可靠性

29、差，應(yīng)及時考慮拆除或更換相應(yīng)構(gòu)件。（2）基礎(chǔ)基礎(chǔ)混凝土最低強度等級C40，最大水灰比：0.42最小水泥用量：350kg/m3針對本工程有水粘性土的地質(zhì)條件，通過基礎(chǔ)選型比選研究，大部分直線塔選用抗腐蝕能力最強的臺階基礎(chǔ)，其他基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)（抗腐蝕能力僅次于臺階基礎(chǔ)），詳細見基礎(chǔ)選型、優(yōu)化及環(huán)保措施報告。并根據(jù)本工程-C環(huán)境作用等級，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范（GB50046-2008）規(guī)定選擇優(yōu)質(zhì)水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用優(yōu)良外加劑、摻合料、增加保護層厚度等基本措施，對基礎(chǔ)鋼筋進行防腐蝕。工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范（GB50046-2008）對受力鋼筋的混凝土保護層最小厚度提出了要求，

30、對于本工程中度腐蝕環(huán)境：混凝土保護層最小厚度（mm）臺階基礎(chǔ)：50mm灌注樁基礎(chǔ)：55mm（3）導(dǎo)地線、絕緣子、金具、接地裝置1）導(dǎo)地線選擇本工程推薦導(dǎo)線采用1×JLHA3-275型中強度鋁合金絞線。2）地線選擇鋁包鋼絞線與鍍鋅鋼絞線相比，具有導(dǎo)電性能好、單重輕、耐腐蝕性能強、運行壽命長的優(yōu)點，推薦地線采用JLB35-100鋁包鋼絞線。3）絕緣子選擇導(dǎo)線懸垂串采用FXBW-110/70-2合成絕緣子、跳線串采用FSP-110/0.8-AQ防風(fēng)偏合成絕緣子，導(dǎo)線耐張串采用U70BP/146-1、U70BP/146D盤形懸式瓷絕緣子。4）金具選擇本工程為提高普通防振錘的運行使用壽命，特采

31、用新型防滑防振錘。防振錘線夾夾頭蓋板與夾頭座采用鉸鏈結(jié)構(gòu)，防振錘夾頭導(dǎo)線孔采用特種耐老化復(fù)合橡膠墊，增加導(dǎo)線與防振錘夾頭之間的摩擦力，防振錘與導(dǎo)線夾緊后是不容易松動的。懸垂線夾采用節(jié)能型預(yù)絞絲懸垂線夾。5）接地裝置本工程推薦除進線段外樁基礎(chǔ)的桿塔，取消人工接地裝置，采用自然接地體即可達到防雷要求。電廠和變電站進線段的桿塔以及采用現(xiàn)澆臺階基礎(chǔ)的桿塔均需輔助人工接地裝置，采用環(huán)繞塔基的方形加放射線接地裝置型式，每基桿塔設(shè)四根引下線與之連接。接地體為環(huán)繞桿塔水平布置的方形加射線，采用12熱鍍鋅圓鋼。接地引下線采用鋼接地體上焊接（或擠壓）鋅條的陰極保護接地體，可有效防止土壤腐蝕。3 結(jié)論以我國現(xiàn)行國家

32、標準GB 50545-2010110kV750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范和電力行業(yè)標準DL/T 5154-2002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定的有關(guān)設(shè)計規(guī)定為基準，對我國110kV現(xiàn)行規(guī)范輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和導(dǎo)地線、絕緣子及金具等輸電線路元件和基礎(chǔ)在設(shè)計使用年限內(nèi)的可靠度進行了校準分析。主要研究結(jié)論如下。（1）根據(jù)我國現(xiàn)行規(guī)范GB 50009-2001的有關(guān)規(guī)定，在綜合分析已收集到的國內(nèi)冰、風(fēng)荷載統(tǒng)計資料的基礎(chǔ)上，初步確定了冰、風(fēng)荷載的概率統(tǒng)計模型和有關(guān)統(tǒng)計參數(shù)，其中基本風(fēng)壓和覆冰荷載的概率分布類型宜采用極值I型分布來模擬，為架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和線路元件的可靠度分析奠定了基礎(chǔ)。（2）

33、采用GB 50068-2001推薦的一次二階矩法，分別對輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和導(dǎo)地線、絕緣子及金具等輸電線路元件的可靠指標進行了校準分析，基本摸清了我國110kV鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、輸電線路元件和基礎(chǔ)的總體可靠度水平。（3）在風(fēng)荷載組合（工況一）下，當(dāng)，在風(fēng)荷載重現(xiàn)期為30年、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)1.0時，級桿塔結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件和受拉構(gòu)件可靠指標的總體平均值分別為2.855和2.469，均低于GB 50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準規(guī)定的級結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標可靠指標3.7（脆性破壞）及3.2（延性破壞）。當(dāng)風(fēng)荷載重現(xiàn)期改為50年時，且考慮風(fēng)載調(diào)整系數(shù)1.2，結(jié)構(gòu)安全級別為級、級、級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，受壓構(gòu)件

34、和受拉構(gòu)件的可靠指標的總體平均值分別為3.719、3.268、2.753和3.809、3.362、2.848，略高于GB 50068-2001規(guī)定的級、級、級的結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生延性破壞時的目標可靠指標或基本持平。（4）若以50年重現(xiàn)期氣象荷載作用下的可靠指標為基準，工況一下與“50年一遇”的氣象荷載作用下的可靠度相比，“30年一遇”氣象荷載作用下，鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度水平約低10%15%；“15年一遇”氣象荷載作用下，鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度水平約低30%35%。由此可見，重現(xiàn)期對110kV輸電鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響較大，結(jié)合以上可靠指標計算結(jié)果將風(fēng)荷載重現(xiàn)期提高至50年或以上是合適的。（5）根據(jù)輸電線路

35、鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標的計算結(jié)果，當(dāng)風(fēng)荷載的重現(xiàn)期為50年，風(fēng)載調(diào)整系數(shù)1.0時，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠指標均低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級別目標可靠指標的要求；1.2時，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠指標與GB 50068-2001規(guī)定的目標可靠指標基本相當(dāng)。因此，本文建議，在最大風(fēng)荷載參與組合工況(工況一)下，風(fēng)荷載的重現(xiàn)期按50年考慮，并應(yīng)增大風(fēng)載調(diào)整系數(shù)，以增大輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標，滿足現(xiàn)行規(guī)范GB 50068-2001的要求。（6）輸電線路元件采用單一安全系數(shù)法進行設(shè)計時，隨著荷載效應(yīng)比值的增大，線路元件所承受的可變荷載也逐漸增大，由于可變荷載的變異性較大，故隨著荷載效應(yīng)比值的增大，線路元件的可靠指標逐漸降低，且降低幅度較大，可靠度一致性較差。因此，本文建議，規(guī)范今后修訂時，輸電線路元件的設(shè)計也宜采用分項系數(shù)的設(shè)計表達式，以使輸電線路元件在不同荷載效應(yīng)比值下均具有較佳的可