桿塔荷載及荷載組合專題報(bào)告

1、.± 800kV 特高壓直流輸電線路工程桿塔荷載及荷載組合專題技術(shù)報(bào)告電力設(shè)計(jì)院.目錄1概述 .12± 800KV桿塔結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠度 .12.1500K V 線路的桿塔結(jié)構(gòu)可靠度 .2.21000K V 線路可靠度目標(biāo)取值 .2.3± 800K V 線路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期 .2.4± 800K V 線路桿塔安全等級 .2.5± 800K V 線路桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度目標(biāo) .3桿塔荷載分類.24風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值.34.1 角度風(fēng) .4.2導(dǎo)地線風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 .4.3桿塔風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 .5桿塔設(shè)計(jì)方法.46荷載取值 .56.1桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) .6.2風(fēng)荷載重

2、現(xiàn)期 .6.3設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速 .6.4風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù) .6.4.1導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù) .6.4.2桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù) .6.5斷線荷載 .6.6安裝荷載 .6.6.1附加荷載 .6.6.2耐張塔安裝中臨時拉線的平衡張力 .156.6.3直線塔安裝動力系數(shù) .157荷載工況及荷載組合 .147.1DL5092 規(guī)定的荷載工況及荷載組合 .7.2ASCE 荷載工況及荷載組合 .7.3IEC 荷載工況及荷載組合 .7.4本工程荷載工況及荷載組合 .7.4.1正常運(yùn)行情況 .7.4.2安裝情況 .7.4.3事故情況 .7.4.4驗(yàn)算情況 .1 概述± 800 千伏特高壓直流輸電能力強(qiáng)，輸電效

3、益高、可適應(yīng)國家電網(wǎng)的遠(yuǎn)期發(fā)展，解決西電東送長距離、大容量的輸電需要，并可節(jié)約寶貴的輸電資源走廊，提高走廊利用率，符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。我國已運(yùn)行的直流線路最高電壓等級為±500kV，總長已達(dá) 6000 多公里，對± 500kV 直流線路的桿塔設(shè)計(jì)、荷載組合已有較為豐富的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。而±800kV 級特高壓直流輸電線路是迄今為止世界上最高電壓等級的直流輸電線路，全世界都未有過，這是一個全新的領(lǐng)域，缺乏相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，有必要對桿塔荷載及組合方案進(jìn)行研究。據(jù)估計(jì)， ±800kV 直流線路桿塔及基礎(chǔ)的投資約占總投資的45（其中桿塔投資約占30，基礎(chǔ)投

4、資占 15），由此可知，桿塔和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)直接決定了線路的投資。而影響桿塔和基礎(chǔ)指標(biāo)的主要因素在于荷載的大小。本專題利用了我院即將投標(biāo)的±800kV 直流線路的前期可研成果，并借鑒了南方電網(wǎng)公司的相關(guān)研究報(bào)告。為了便于設(shè)計(jì)，主要思路是依據(jù)現(xiàn)行的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)110 500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL/T5092-1999 ）和 110500kV 架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定 （DL/T5154-2002 ），對照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) （GB50068-2001）和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB500092001），并與國外的主要標(biāo)準(zhǔn) ASCE 和 IEC 進(jìn)行對比分析

5、， 結(jié)合本工程的實(shí)際情況， 選取± 800kV 桿塔結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠度，并對桿塔荷載的取值及組合方案進(jìn)行確定。2 ± 800kV 桿塔結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠度結(jié)構(gòu)可靠度就是結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的概率。桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、風(fēng)荷載重現(xiàn)期、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值對桿塔結(jié)構(gòu)目標(biāo)可靠度指標(biāo)有重要影響，確定桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件目標(biāo)可靠度應(yīng)綜合考慮桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、風(fēng)荷載重現(xiàn)期、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目標(biāo)可靠度的大小對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)果影響較大。如果目標(biāo)可靠度定的高，則結(jié)構(gòu)會設(shè)計(jì)得很強(qiáng)，使結(jié)構(gòu)造價加大；而如果目標(biāo)可靠度定得低，則結(jié)構(gòu)會設(shè)計(jì)得很弱，使人產(chǎn)生不安全感。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)可

6、靠度的確定應(yīng)以達(dá)到結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)上的最佳平衡為原則。在確定± 800kV 線路桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度指標(biāo)，需參考和利用同類結(jié)構(gòu)500kV 線路桿塔的可靠度計(jì)算的一些結(jié)論及1000kV 交流線路可靠度目標(biāo)取值。2.1 500kV 線路的桿塔結(jié)構(gòu)可靠度通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件功能函數(shù)和基本隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)參數(shù)，用JC 法計(jì)算了 500kV 線路桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度，可知桿塔結(jié)構(gòu)破壞類型為延性破壞，基于最小設(shè)計(jì)風(fēng)速30m/s 設(shè)計(jì)的我國現(xiàn)有500kV 線.路桿塔結(jié)構(gòu)的可靠度指標(biāo)已滿足建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GB50068-2001二級建筑物延性破壞可靠度指標(biāo)的要求， 即桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指

7、標(biāo)3.2，500kV 線路多年來的運(yùn)行實(shí)踐表明其安全可靠度是可接受的。2.2 1000kV 線路可靠度目標(biāo)取值國內(nèi)首條特高壓1000kV交流線路 “晉東南南陽荊門1000kV 交流試驗(yàn)示范線路” 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為 50 年、建筑結(jié)構(gòu)安全等級為一級、桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1、相應(yīng)風(fēng)荷載重現(xiàn)期為100 年，桿塔結(jié)構(gòu)可靠度目標(biāo)3.7。2.3 ± 800kV 線路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期按建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GB500682001及建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB500092001的規(guī)定，± 800kV 線路設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為 50 年，取值與 1000kV 交流線路一致。2.4 ± 800kV

8、 線路桿塔安全等級建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB500682001）規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生的后果（危及人的生命、造成經(jīng)濟(jì)損失、產(chǎn)生社會影響等）的嚴(yán)重性，采用不同的安全等級。建筑結(jié)構(gòu)安全等級的劃分應(yīng)符合表1.0.8 的要求表 81建筑結(jié)構(gòu)的安全等級安全等級破壞后果建筑物類型一級很嚴(yán)重重要的二級嚴(yán)重一般的三級不嚴(yán)重次要的±800kV 線路規(guī)劃用作跨區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的骨干網(wǎng)架，其輸送容量為 500kV 線路的 56 倍，若桿塔失效，造成的經(jīng)濟(jì)損失、社會影響等都將很嚴(yán)重，由此，±800kV 線路桿塔的安全等級應(yīng)采用一級，較 500kV 線路（安全等級為二級）提高了一個

9、安全等級，取值與1000kV 交流線路一致。2.5 ± 800kV 線路桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度目標(biāo)± 800kV 直流線路相對于 500kV 交流線路的輸送容量提高了數(shù)倍，對整個電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響也大幅提高，桿塔結(jié)構(gòu)作為輸電線路的直接支撐結(jié)構(gòu)，其安全可靠性直接關(guān)系到整個線路的安全性，桿塔結(jié)構(gòu)可靠度指標(biāo)至少比 500kV 線路提高一個等級，即安全等級按一級考慮、桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)的可靠指標(biāo) 3.70。3 桿塔荷載分類建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)（GB500682001）指出，結(jié)構(gòu)上的作用（荷載）可按隨時.間或空間的變異分類，還可以按結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性質(zhì)分類，其中最基本的是

10、按隨時間的變異分類。按照建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB500092001 的規(guī)定，結(jié)構(gòu)上的荷載分為三類：永久荷載、可變荷載、偶然荷載。 110500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（DL/T5092-1999 ）將桿塔結(jié)構(gòu)荷載分為以下兩類：(1) 永久荷載。導(dǎo)線及地線、絕緣子及其附件和結(jié)構(gòu)構(gòu)件及桿塔上各種固定設(shè)備等的自重荷載。(2) 可變荷載。風(fēng)和冰 (雪)荷載；導(dǎo)線、地線及拉線的張力；安裝檢修的各種附加荷載；結(jié)構(gòu)變形引起的次生荷載以及各種振動動力荷載。110500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（ DL/T5092-1999 ）比建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范少了偶然荷載 ,110500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程在

11、條文說明中指出，結(jié)合輸電結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，為簡化不列偶然荷載，將屬這類性質(zhì)的斷線張力及安裝荷載列入了可變荷載。4 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值4.1 角度風(fēng)直線型桿塔應(yīng)計(jì)算最大設(shè)計(jì)風(fēng)向與線路方向成0°， 45°， 60°，及 90°的四種最大風(fēng)速的風(fēng)向；對一般耐張型桿塔可只計(jì)算90°一個風(fēng)向；對終端桿塔，除計(jì)算90°風(fēng)向外，還需計(jì)算0°風(fēng)向；對直線轉(zhuǎn)角塔和耐張轉(zhuǎn)角塔轉(zhuǎn)角度數(shù)較小時，還應(yīng)考慮與導(dǎo)、 地線張力的橫向合力相反的風(fēng)向。風(fēng)向與導(dǎo)、地線方向或塔面成夾角時，導(dǎo)線、地線風(fēng)載在垂直和順線條方向的分量，塔身和橫擔(dān)風(fēng)載在塔面兩垂直方向的分量，按表41

12、選用。表 41角度風(fēng)吹時風(fēng)荷載分配表水平橫擔(dān)風(fēng)向角線條風(fēng)荷載塔身風(fēng)荷載風(fēng)荷載(° )XYXYXY000.25Wx0Wab0Wsc450.5Wx0.15WxK ×0.424× (WsaWsb)K × 0.424× (WsaWsb)0.4Wsc 0.7Wsc600.75Wx0K × (0.747Wsa 0.249Wsb)K × (0.431Wsa 0.144Wsb) 0.4Wsc 0.7Wsc90Wx0Wsa00.4Wsc0.4.2 導(dǎo)地線風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值導(dǎo)地線風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 Wx 按下式計(jì)算：Wxa W0 ZSC C d Lp si

13、n241WV 2 /1600420式中： a 風(fēng)壓不均勻系數(shù)；c 導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)；Z 風(fēng)壓高度變化系數(shù)，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50009-2001）的規(guī)定確定；SZ 導(dǎo)地線的體型系數(shù)，線徑小于17mm 或覆冰時（不論線徑大?。┤?.20；線徑大于或等于 17mm 時取 1.10；d 導(dǎo)線或地線的外徑或覆冰時的計(jì)算外徑；分裂導(dǎo)線取所有子導(dǎo)線外徑的總和，mm；L P 桿塔的水平檔距， m；風(fēng)向與導(dǎo)線或地線之間的夾角，度；V 導(dǎo)地線平均高度的風(fēng)速，m/s ；4.3 桿塔風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值桿塔風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 Ws 按下式計(jì)算：WsW01ZSZAS43W01V 2/1600 44式中：s、 As 分別為

14、構(gòu)件的承受風(fēng)壓面積計(jì)算值和體型系數(shù)，按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（ GB50009-2001）的規(guī)定確定；Z 桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)；V 基準(zhǔn)高度的風(fēng)速， m/s ；5 桿塔設(shè)計(jì)方法我國現(xiàn)行桿塔設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定DL/T 5154-2002 規(guī)定：桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法。對于桿塔設(shè)計(jì)方法及設(shè)計(jì)表達(dá)式DL/T 5154-2002 規(guī)定與我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn) 建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范也是一致的。根據(jù)相關(guān)研究我國規(guī)程規(guī)定和ASCE、IEC 是一致的，唯一的區(qū)別在于系數(shù)取值不同。因此，本工程桿塔設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)表達(dá)式仍采用我國現(xiàn)行規(guī)定DL/T 5154-2002 的規(guī)定。.結(jié)構(gòu)的

15、極限狀態(tài)是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在規(guī)定的各種荷載組合作用下或在各種變形或裂縫的限值條件下，滿足線路安全運(yùn)行的臨界狀態(tài)。結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定和連接強(qiáng)度，應(yīng)按承載力極限狀態(tài)的要求，采用荷載的設(shè)計(jì)值和材料強(qiáng)度的設(shè)計(jì)值進(jìn)行計(jì)算；結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形或裂縫，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)的要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值和正常使用規(guī)定限值進(jìn)行計(jì)算。(1)承載力極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定和連接強(qiáng)度，應(yīng)按承載力極限狀態(tài)的要求，按荷載效應(yīng)的基本組合進(jìn)行荷載組合。并應(yīng)采用下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：0 S R51式中：0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；S 荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值；R 結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的設(shè)計(jì)值。對

16、于基本組合，荷載效應(yīng)組合的設(shè)計(jì)值S 按下列設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)：SG .CG .GK.Qi .CQi .QiK52永久荷載分項(xiàng)系數(shù)，對結(jié)構(gòu)受力有利時，取1.0；不利時取 1.2；GQi 第 i 項(xiàng)可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)，應(yīng)取1.4；GK 永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值；Qik 第 i 項(xiàng)可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值； 可變荷載組合系數(shù)，正常運(yùn)行工況取1.0，斷線工況和安裝工況取0.9，驗(yàn)算工況取0.75。(2) 正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的變形或裂縫，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)的要求，采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合。CG .GK. CQi .QiK53結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的裂縫寬度或變形的規(guī)定限制值，mm 。6 荷載取值6.1 桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)建筑結(jié)構(gòu)可

17、靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB500682001)規(guī)定結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) o 應(yīng)按結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全等級、設(shè)計(jì)使用年限并考慮工程經(jīng)驗(yàn)確定，對安全等級為一級或設(shè)計(jì)使用年限為100 年及以上的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，不應(yīng)小于1.1。.0 1.1。.1000kV交流特高壓試驗(yàn)示范工程對日咨詢可知，日本特高壓線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時構(gòu)件強(qiáng)度留10的裕度，相當(dāng)于重要性系數(shù)取1.1。我國交流特高壓試驗(yàn)示范工程“晉東南南陽荊門1000kV 輸電線路工程”桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0 取 1.1。南方電網(wǎng)公司云南至廣東±800kV 特高壓直流輸電工程、楚雄穗東±800kV 特高壓直流輸電線路工程桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0 取 1.1。提高

18、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取值，無疑對降低倒塔事故、提高桿塔的安全可靠度是有利的，但會增加塔重和基礎(chǔ)工程量，對控制工程造價是不利的。國內(nèi)已建線路倒塔事故主要發(fā)生在運(yùn)行情況下的風(fēng)及覆冰超過設(shè)計(jì)值，而對于安裝、事故斷線等情況發(fā)生倒塔事故的概率極小，因此，對于本工程桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)綜合考慮風(fēng)荷載重現(xiàn)期、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值后除安裝工況外取6.2 風(fēng)荷載重現(xiàn)期我國輸電線路風(fēng)荷載重現(xiàn)期取值如表6-1所示。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092001)中風(fēng)荷載基本值的重現(xiàn)期為50 年，對于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高。本工程為± 800kV 直流線路，其可靠性水平不應(yīng)低于5

19、00kV 線路，至少與750kV 線路相當(dāng)，則其風(fēng)荷載重現(xiàn)期不應(yīng)低于50 年一遇。風(fēng)荷載重現(xiàn)期取值對桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度指標(biāo)有重要影響，當(dāng)重現(xiàn)期由30 年提高到 50 年后，桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度提高了0.33（約 0.66個等級），提高到100 年后，桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度提高了0.77（約 1.5 個等級）。表 6-1我國輸電線路風(fēng)荷載重現(xiàn)期取值線路類別重現(xiàn)期基準(zhǔn)高度注（年）備（ m）1000kV 線路10010750kV 線路5020750kV 架空送電線路設(shè)計(jì)暫行技術(shù)規(guī)定500kV 大跨越距歷年大風(fēng)季節(jié)平均最50低水位以上 10m110kV 750kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則110kV330k

20、V重現(xiàn)期取50 年，基準(zhǔn)高度取 10m距歷年大風(fēng)季節(jié)平均最大跨越30低水位以上 10m.線路類別重現(xiàn)期基準(zhǔn)高度備注（年）（ m）500kV 線路3020110kV330kV15110kV 750kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則線 路1530 年，基準(zhǔn)高度取 10m重現(xiàn)期取本工程桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件目標(biāo)可靠度應(yīng)不小于3.70，結(jié)合桿塔結(jié)構(gòu)重要性取值分析可知，當(dāng)桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0 取 1.1、風(fēng)荷載重現(xiàn)期取100 年，本工程桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限可靠指標(biāo)3.70，已滿足建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)(GB500682001)一級安全建筑物可靠度要求。綜上所述，綜合桿塔結(jié)構(gòu)重要性和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值，本工程風(fēng)荷載

21、重現(xiàn)期取100年一遇。6.3 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速6.3.1 風(fēng)速基準(zhǔn)高度前蘇聯(lián)和日本輸電線路風(fēng)速基準(zhǔn)高度為15m，ASCE 和 IEC 規(guī)定輸電線路風(fēng)速基準(zhǔn)高度取10m。 110500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程 (DL/T5092 1999)對確定最大設(shè)計(jì)風(fēng)速時作如下規(guī)定：應(yīng)按當(dāng)?shù)貧庀笈_、站 10min 時距平均的年最大風(fēng)速做樣本，并宜采用極值型分布作為概率模型。統(tǒng)計(jì)風(fēng)速高度為：各級電壓大跨越離歷年大風(fēng)季節(jié)平均最低水位10m；110330kV 送電線路離地面 15m，500kV 送電線路是離地面20m。而建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092001)中基本風(fēng)壓對地高度為 10m，兩者對風(fēng)速基準(zhǔn)高度取

22、值不一致，相差10m。設(shè)計(jì)工作中往往要將氣象臺、站10m高的的風(fēng)速換算到20m 高，或把建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB500092001)所查的基本風(fēng)壓值換算成10m高的風(fēng)速，再轉(zhuǎn)換到20m 高的風(fēng)速，增加了許多計(jì)算工作。另外，按照架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定（DL/T5154-2002 ）要求，對桿塔全高超過60m 時，應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB500092001)計(jì)算桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)。計(jì)算桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)的有關(guān)參數(shù)對應(yīng)的基準(zhǔn)高度為10m，不能直接使用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092001)計(jì)算桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)的有關(guān)參數(shù)。因此，本工程風(fēng)速基準(zhǔn)高度應(yīng)與建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009

23、2001)一致，即取 10m 高作為基準(zhǔn)高度。GB50009 2001將地面粗糙度類別分為四類，與現(xiàn)實(shí)情況相符，并與國際多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)一致：A、類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)。B、類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)。C、類指有密集建筑群的城市市區(qū)。D 、類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。.結(jié)合本工程地形、地貌特征和沿線輸電線路設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，本工程地面粗糙度類別按B 類考慮。6.3.2 基準(zhǔn)風(fēng)速 110500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程（ DL/T5092-1999 ）規(guī)定： 110330kV 線路的最大設(shè)計(jì)風(fēng)速，不應(yīng)低于25m/s(對地距離 15m)；500k

24、V 送電線路計(jì)算導(dǎo)、地線的張力、荷載以及桿塔荷載時，最大設(shè)計(jì)風(fēng)速不應(yīng)低于30m/s(對地距離為 20m)，將此風(fēng)速按地面粗糙度類別B 類換算到 10m高時， 110330kV 線路： V 23.43m/s； 500kV 線路： V26.85m/s。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB500092001)對最小基本風(fēng)壓值也作了規(guī)定，不小于0.3kN/m2 ，即風(fēng)速不小于 21.9m/s（對地距離為10m），對于高聳結(jié)構(gòu)以及對風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高。前蘇聯(lián)風(fēng)荷載分為七個風(fēng)壓區(qū)，330 和 500kV 送電線路所經(jīng)地區(qū)采用離地面15m 高的風(fēng)速值，對 750和 1150kV線路采用與 500

25、kV 線路一樣的風(fēng)速值。 但為了提高 500kV 及以上線路的安全性， 規(guī)定了最小風(fēng)壓為 550N/m2 ，相當(dāng)于風(fēng)速為 30m/s。日本最小風(fēng)速為 40m/s(瞬時風(fēng) )。由于氣象臺站一般靠近城區(qū)，風(fēng)速偏小。通常線路與氣象臺站還有一定距離，氣象臺站的記錄不可能完全覆蓋全線的大風(fēng)，正因?yàn)橛性O(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速限值，我國已建的 500kV 線路才沒有頻繁發(fā)生倒塔失效事故，參照國外的特高壓和我國 110500kV 架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程，本工程也設(shè)基準(zhǔn)風(fēng)速。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值對桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)有重要影響， 設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速與線路所經(jīng)沿線相應(yīng)重現(xiàn)期風(fēng)速的相對關(guān)系，直接決定了該地區(qū)桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度指標(biāo)。桿

26、塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、風(fēng)荷載重現(xiàn)期均對桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度指標(biāo)有重要影響， 因此，當(dāng)桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件目標(biāo)可靠度指標(biāo)確定后，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值應(yīng)結(jié)合桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、風(fēng)荷載重現(xiàn)期取值而定。當(dāng)桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)0 取 1.1、風(fēng)荷載重現(xiàn)期取 100 年時，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速取值與 500kV 線路取值一致即 V 27.0m/s（離地 10m）時，本工程桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)可靠指標(biāo)3.70，較沿線 500kV 線路桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度指標(biāo)至少提高了一個等級，已滿足建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) (GB500682001)一級安全建筑物可靠度要求。綜上所述，綜合桿塔結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)、 風(fēng)荷載重現(xiàn)期取值， 本工程設(shè)計(jì)基

27、準(zhǔn)風(fēng)速取離地10m 高27.0m/s。6.4 風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)6.4.1 導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)DL/T5092 1999規(guī)程較 SDJ379 規(guī)程增加了線條風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)c，之后設(shè)計(jì)的桿塔結(jié)構(gòu).構(gòu)件可靠度有所提高，倒塔失效事故大為降低。對于本工程而言，要保證其桿塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度達(dá)到目標(biāo)值，c 至少取 1.2。為與 DL/T5092 1999 規(guī)程相匹配，本工程導(dǎo)地線風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)取：30V35，c 取 1.20；V 35，c 取 1.30，V 為導(dǎo)地線平均高度對應(yīng)風(fēng)速。6.4.2 桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)（1）結(jié)構(gòu)自振周期按架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定 (DL/T5154 2002)的要求，對桿塔

28、全高超過 60m 時，應(yīng)按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB50009 2001)計(jì)算桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)， 要計(jì)算桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)，首先得確定結(jié)構(gòu)的第一自振周期。桿塔荷載及荷載組合研究 專題對比分析了 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB500092001)提供的塔式結(jié)構(gòu)第一自振周期的估算公式和我國電力部門所做的輸電線路桿塔實(shí)測研究得到的輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)自振周期近似計(jì)算公式后指出，對于干字型塔可采用以下公式近似計(jì)算桿塔結(jié)構(gòu)的第一自振周期。塔高 50-70m，T1 0.039塔高 70-80m，T1 0.038塔高 80-100m，T10.036H6 1bBH6 2bBH63bB本工程為直流輸電線路，桿塔型式均采用

29、干字性，可采用上述公式近似近似桿塔結(jié)構(gòu)的第一自振周期，也可采用下述方法精確計(jì)算桿塔結(jié)構(gòu)的第一自振周期。nyi ) 2 minT12yh(2 yhi 2 mi6 4i 1yhi 1式中： T1 桿塔的基本自振周期， s；yh 在單位力 1N作用下塔頂 m1 質(zhì)點(diǎn)處的位移， m/N ；yi 在單位力 1N作用下塔上 mi 質(zhì)點(diǎn)處的位移， m/N ；m1mimn 每個節(jié)點(diǎn)處的桿塔自重質(zhì)量及附加于該節(jié)點(diǎn)上的質(zhì)量之和，miwi；gg 重力加速度，取 9.8m/s2；質(zhì)點(diǎn)位移 yi及節(jié)點(diǎn)質(zhì)量 mi 求解，可直接利用桿塔計(jì)算數(shù)據(jù)，無需重新建模，只需對桿塔塔頂作用單位力即可，利用計(jì)算結(jié)果文件*.dis 及*.

30、lod 分別摘取對應(yīng)節(jié)點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)質(zhì)量（Z 方向的節(jié)點(diǎn)力）代入6-4 式即可求得桿塔的基本自振周期 T1 。.（2）調(diào)整系數(shù)桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù) (風(fēng)振系數(shù) )的大小與結(jié)構(gòu)本身 (桿塔的類型、高度、坡度 )和自然條件 (風(fēng)速、地面粗糙度 )有關(guān)，其值的大小，不僅影響鐵塔的安全可靠度，也影響到塔材指標(biāo)。對比分析了按建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB50009 2001)、高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GBJ135-90)和隨機(jī)振動理論方法計(jì)算所得的桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)， 得出：建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 (GB50009-2001)和高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GBJ135-90)計(jì)算方法只適用于外形和重量沿高度無變化的等截面結(jié)

31、構(gòu)，不適用于輸電線路桿塔這種外形變化不規(guī)則及附有集中質(zhì)量的特殊高聳結(jié)構(gòu)，若按此方法將鐵塔簡化為一錐體分段計(jì)算，忽略了橫擔(dān)、曲臂結(jié)構(gòu)等質(zhì)量分布和迎風(fēng)面積發(fā)生突變對風(fēng)振的影響，勢必影響鐵塔的安全和可靠度。輸電線路桿塔的橫擔(dān)尺寸寬長并不是該段z 值增大的主要原因， 而是它的質(zhì)量增大才是z 值增大的主要原因， 輸電線路桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)應(yīng)按隨機(jī)振動理論方法計(jì)算，且不應(yīng)低于現(xiàn)行 500kV之取值。但隨機(jī)振動理論計(jì)算過程繁瑣，求解困難且易出錯。對此，本工程可采用下述簡化方法計(jì)算。z1 1 u1r1 ( z)6-5式中：1 第 1 振型脈動增大系數(shù)，可根據(jù)T 20 1 由 GB50009表 7.4.3或下表

32、 6-4 查得u1 第 1 振型影響系數(shù)r1 ( z) 位置系數(shù)表 6-4脈動增大系數(shù)1w 0 T12 (kN ·s2/m 2)0.010.020.040.060.080.100.120.140.160.180.2011.471.571.691.771.831.881.921.951.982.012.04w 02 T1 (kN · s2/m 2)0.220.240.260.280.300.320.340.360.380.400.4212.072.092.112.132.152.172.192.202.222.242.25w 0 T12 (kN·s2/m 2)0.4

33、40.460.480.500.600.700.800.901.001.101.2012.262.282.292.302.362.412.462.492.532.572.60對于連續(xù)分布質(zhì)量體系或團(tuán)集質(zhì)量體系.Hf(z)s ( z)z ( z)bx (z) 1 ( z) dz z10u1Hm( z)12 (z)dz0nz1fisizi bxi H ii16-6n2mi1ii1式中：f 脈動高度變化系數(shù)系數(shù)，f0.5351. 8(0 .16) ( z )，為地面粗糙度指數(shù)， 對應(yīng)10于 A、B、C、D 四類地貌，分別取 0.12、0.16、0.22 和 0.30bx 迎風(fēng)面寬度H 分段段高6 z2

34、 H 24z3 H z41 第 1 振型系數(shù)， 1z3H 4Z1 迎風(fēng)面風(fēng)壓空間相關(guān)性折減系數(shù)，按表6-5 查用表 6-5迎風(fēng)面風(fēng)壓空間相關(guān)性折減系數(shù)Z 1塔高102030405060708090100150200250300350400H(m)Z 10.980.970.950.930.920.900.890.870.860.850.790.740.700.670.640.61注：Z1 只與桿塔的總高度有關(guān)r1 (z)1 ( z)m( z)1i mi6-7s ( z) z ( z)bx ( z)Aisizi式中：m(z) 連續(xù)質(zhì)量體系每m 的質(zhì)量mi i 點(diǎn)團(tuán)集質(zhì)量Ai i 點(diǎn)的有效迎風(fēng)面積，

35、AiH il xi令： g imi ，為團(tuán)集點(diǎn)質(zhì)量比例系數(shù)， 即每段質(zhì)量與第 1 段質(zhì)量的比值； bi bxi ，為段寬m1b1比例系數(shù)，即每段形心寬度與第1 段形心寬度的比值.nz1fizibi H i1ii 16-8則：u1n2gi1ii1r1 (z)1igi6-9H ibizi經(jīng)初步計(jì)算分析，本工程桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)z 可參照表 6-6取值。表 6-6桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù) z桿塔頭部橫擔(dān)或地線支架50m，50m橫擔(dān)或地線支架100m，(橫擔(dān)及地線支架 )取 2.4取 3.0身部分段高（ m）102030405060708090100z1.001.101.301.451.601.801.85

36、1.901.952.00表 6-7 計(jì)算基礎(chǔ)作用力的桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)z桿塔頭部橫擔(dān)或地線支架50m，50m橫擔(dān)或地線支架100m，(橫擔(dān)及地線支架 )取： 1.7?。?2.0身部分段高（ m）102030405060708090100z(基礎(chǔ)作用力計(jì)算 )1.001.051.151.221.301.401.4251.451.4751.50注：中間值按插入法計(jì)算。表中所列值僅針對本工程推薦塔型。6.5 斷線荷載輸電線路桿塔上的縱向負(fù)荷在現(xiàn)實(shí)中是存在的，如倒塔、斷線、斷串、不均勻覆冰或脫冰、相鄰檔風(fēng)速不均勻或風(fēng)向不對稱等。前些年，國外有許多工程師建議取消斷相導(dǎo)線作為設(shè)計(jì)條件，但過多地降低桿塔的縱向強(qiáng)度，會引發(fā)連續(xù)串倒嚴(yán)重事故。輸電線路斷線是稀有的，桿塔若能抗住當(dāng)然好，但仍不能避免倒塔的可能，例如地質(zhì)滑坡等災(zāi)害引起的倒塔。一旦發(fā)生倒塔事故，一般與之相鄰的兩基鐵塔也可能受到破壞而倒塔，釋放一定的能量后，要求再下一級的鐵塔能抗住不倒，因此，該級鐵塔的設(shè)計(jì)要求能承受所有導(dǎo)地線的不平衡張力，故抵抗斷線荷載只是桿塔的第一級保護(hù)。對于單導(dǎo)線，各國規(guī)程均考慮斷線，但斷線條件不一，有的考慮無風(fēng)無冰斷線，有的考慮一定風(fēng)速或一定覆冰斷線。前蘇聯(lián)認(rèn)為，隨著每相導(dǎo)線根數(shù)的增多，一相導(dǎo)線同時斷線的概率變得越來越小。在計(jì)算采用分裂導(dǎo)線的 500kV 架空線路直線桿塔時，規(guī)定了作用于一相支持點(diǎn)上的荷載等于.0