一种用于重覆冰高海拔气象观冰试验塔钢材选用方法与流程

1.本发明涉及一种用于重覆冰高海拔气象观冰试验塔钢材选用方法。


背景技术：

2.在高原地区建造一种用于重覆冰高海拔气象观冰试验塔，跨度80m，构架高度60m，需要考虑地理、气象等条件的影响。根据《建筑结构荷载规范》 (gb50009-2012)全国基本风压资料，采用当地气象站近30年平均最大风速资料进行频率统计分析计算，经时距、高度订正后进行p-iii型计算，得离地10m 高30年一遇、10m高50年一遇、10m高100年一遇10min平均最大风速值，最终推荐本气象站站址10m高100年一遇10min平均最大风速为29m/s。根据区域内线路的设计经验，确定本工程场平标高为2512m，推荐本工程离地10m100 年一遇的设计覆冰厚度为50mm考虑。
3.在以上地理、气象条件下，建造适用于重覆冰高海拔气象观冰试验塔，选用何种钢材方能满足风力大和温度低等要求，目前本领域还没有先例和规范。因此，如何选用材料成为本领域急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，提供一种用于重覆冰高海拔气象观冰试验塔钢材选用方法，以克服现有技术存在的缺乏材料选用方法等不足。
5.本发明采取以下技术方案：该方法包括以下方面：
6.第一，钢管构件采用q235b或/和q345b两种钢材；
7.第二，杆塔钢材满足不低于b级钢的质量要求；
8.第三，结构连接用螺栓，采用6.8级、或8.8级热浸镀锌螺栓，其材质和机械特性符合现行国家标准的有关规定；
9.第四，钢管构件允许的最大长细比为：水平材140，斜材160；跨度等于或大于60m的桁架，其压弦杆件、端压杆和直接承受动力荷载的受压腹杆的长细比不宜大于120；
10.第五，钢管杆塔杆件径厚比按照下表确定(不大于)：
11.钢材等级q235q345q420主材径厚比684638斜材径厚比1006855
12.所述的“第一”中，经技术经济综合比较后，钢管构件也可采用q420b。
13.所述的“第二”，当最低温度不高于-40℃时，q235、q345焊接构件和q420 钢材质量等级满足不低于c级钢的质量要求。
14.钢管杆塔主材的长径比小于12、斜材的长宽比小于24时，结合铁塔所在的部位、约束情况、长细比(长径比)、径厚比以及应力利用情况，综合考虑钢管端部弯矩的不利影响后，可在q235、q345或q420其中进行确定和调整；
15.变坡部位的杆件应力按10％考虑裕度，塔腿杆件应力按5－10％考虑裕度，结合结
构布置和节点构造处理状况，可结合结构布置和节点构造处理做适当调整，也可在q235、q345或q420其中确定和调整材料。
16.当受力材之间的夹角＜25
°
时，支撑该受力材的辅助材的承载力通过试验确定。
17.考虑钢管塔主材杆端次应力对构件内力的影响，斜材设计内力不低于主材内力的3％。
18.通过采用以上方法，解决了在高海拔地区建造适用于重覆冰高海拔气象观冰试验塔的钢材选用问题，大大提高了设计可靠性和设计效率，并为以后类似工程建设提供了宝贵的实践经验和理论参照。
具体实施方式
19.本发明的实施例：本发明的方法包括以下方面：
20.第一，钢材强度设计值参照《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》 dl/t5154-2012执行，钢管构件采用q235b、q345b两种钢材；或者经技术经济综合比较后，也可采用q420b；
21.第二，杆塔钢材满足不低于b级钢的质量要求，即当最低温度不高于-40℃时，q235、q345焊接构件和q420钢材质量等级满足不低于c级钢的质量要求；
22.第三，结构连接用螺栓，采用6.8级、或8.8级热浸镀锌螺栓，其材质和机械特性符合现行国家标准的有关规定；
23.第四，杆件(包括辅助材料)选材符合《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(dl/t5154-2012)和《架空输电线路钢管塔设计技术规定》(dl/t 5254
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2010)规定；铁塔钢管构件允许的最大长细比为：水平材140，斜材160；跨度等于或大于60m的桁架，其压弦杆件、端压杆和直接承受动力荷载的受压腹杆的长细比不宜大于120。
24.钢管杆塔主材的长径比小于12、斜材的长宽比小于24时，结合铁塔所在的部位、约束情况、长细比(长径比)、径厚比以及应力利用情况，综合考虑钢管端部弯矩的不利影响，确定或者调整钢材种类或者规格；
25.变坡部位的杆件应力按10％考虑裕度，塔腿杆件应力按5－10％考虑裕度，结合结构布置和节点构造处理状况，可结合结构布置和节点构造处理做适当调整，也可在q235、q345或q420其中确定和调整材料。
26.当受力材之间的夹角＜25
°
时，支撑该受力材的辅助材的承载力应适当提高或通过试验确定。
27.结合有限元分析，应适当考虑钢管塔主材杆端次应力对构件内力的影响。铁塔的斜材设计应按不同的塔型布置，参照《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(dl/t5154-2012)的要求计算铁塔埃菲尔效应。为了保证斜材具有足够的承载能力，其设计内力不小于主材内力的3％。
28.为了确保设计的可靠性，对1000kv特高压双回路工程多基钢管塔做过真型试验。通过分析结果可知，其径厚比在满足规范的条件下，真型塔出现屈曲失稳。该真型试验具体如下：
29.通过对特高压钢管塔采用梁杆混合单元进行计算分析，其主材为拉弯或压弯构件。圆管截面在弯矩和轴向压力共同作用的局部屈曲较为复杂，特高压钢管塔主材处于压
力和弯矩的共同作用时，其圆管截面类型接近于第2类截面；压弯构件的轴压力增大管截面局部屈曲的可能性；因此控制压弯构件局部屈曲的宽厚比限值应小于受压构件和受压弯构件的宽厚比限值。输电线路szt2钢管塔设计条件为：风速32m/s，导线覆冰厚度10mm，地线覆冰厚度15mm，导地线分别按照20mm和25mm验算覆冰，水平档距480m，垂直档距380/600m；导线为8x lgj-63 0/45钢芯铝绞线，地线一根采用opgw-240，另一根采用铝包钢绞线lbgj-240-20ac。
30.szt2钢管塔的真型试验发现:最大受压腿(东南腿)的塔身主材钢管内侧出现了局部屈曲现象。该钢管主材直径660mm，壁厚12mm,钢材q345，径厚比 55，长细比220钢管设计内力6 869kn，稳定系数0.947，截面面积24429mm2, 则稳定应力为296.92mpa；按超载110％计算，得到理论应力为326.6mpa，没有达到屈服强度，理论上不应发生局部屈曲。
31.该钢管主材径厚比55，小于钢结构设计规范规定的受压构件径厚比限值68，满足设计规范要求。如果考虑杆端弯矩对钢管塔主材应力的影响，则钢管主材为压弯构件，局部屈曲径厚比限值应适当降低，综合国外规范和标准的有关规定建议的主材圆管截面径厚比限值46，则该钢管主材圆管截面径厚比偏大。
32.特高压钢管塔真型试验结论：
33.①
当特高压钢管塔考虑弯矩和轴力共同作用对主材应力的影响时，参考国外有关规范和标准，建议特高压钢管塔主材圆管截面径厚比限值取为 68(235/fy)，对于q345钢材其径厚比不大于46。
34.②
塔身变坡处杆端弯矩使主材产生了同向曲率，加剧了杆端弯矩对主材受力的不利影响，设计时应给予充分的考虑。
35.我国《钢结构设计标准》中3.5.1条表3.5.1中规定压弯构件s4级钢管径厚比(q235取100，q345取68，q420取55)。
36.《输电线路钢管塔设计规程》中规定，圆形钢管的断面外径和壁厚之比，当用作斜材时，不宜超过100(235/fy)，当用作主材时，考虑到一定的塑性储备，不宜超过70(235/fy)。
37.因此，参考以上试验结果和规范要求，针对本工程推荐钢管杆件的径厚比进行限制(不大于)，如下表所示。
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