塔腳板承載力計(jì)算在新舊規(guī)范中的對(duì)比分析

陳山山

(中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081)

0 引 言

輸電鐵塔塔腳板是鐵塔結(jié)構(gòu)中的重要節(jié)點(diǎn)，其作用是將鐵塔主材及斜材軸力傳遞給基礎(chǔ)，使鐵塔與基礎(chǔ)能有效的連接起來(lái)，確保上部結(jié)構(gòu)承受各種外力作用，起到承上啟下的關(guān)鍵作用，對(duì)鐵塔運(yùn)行的安全可靠至關(guān)重要。2021年2月1日起《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5486—2020)(簡(jiǎn)稱新規(guī)范)正式實(shí)施，取代舊規(guī)范《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5154—2012)。經(jīng)過(guò)計(jì)算對(duì)比分析，新舊規(guī)范對(duì)四地腳螺栓靴板式有加勁塔腳板計(jì)算方法有較大區(qū)別。本文通過(guò)對(duì)新舊規(guī)范關(guān)于四地腳螺栓靴板式塔腳板的抗拉承載力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為新規(guī)范在未來(lái)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供參考。

1 新舊規(guī)范塔腳板計(jì)算公式對(duì)比

《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》四地腳螺栓塔腳板計(jì)算公式如下[1](計(jì)算模型見圖1)：

式中，T為底板上作用的拉力;B為塔腳板寬度；Yi為第i個(gè)區(qū)隔地腳螺栓中心至主角鋼的距離，bi為第i個(gè)區(qū)隔的寬度。

圖1 舊規(guī)范四地腳螺栓塔腳板計(jì)算模型

舊規(guī)范對(duì)于四地腳螺栓受拉塔腳板計(jì)算方法的前提是將地腳螺栓作用于底板的拉力等效為作用于整個(gè)底板的均布力，這與實(shí)際塔腳板受力情況存在差異。另外，舊規(guī)范忽略了靴板端部加勁板的加強(qiáng)作用，將所有區(qū)隔均假定為理想的兩邊固支、兩邊自由的受彎薄板，這也使得設(shè)計(jì)結(jié)果偏于保守。從工程實(shí)踐來(lái)看，無(wú)論是安全運(yùn)行的鐵塔，還是事故倒塔的鐵塔，或是真型試驗(yàn)最終破壞的鐵塔，到目前為止還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)因塔腳板強(qiáng)度不足而引起破壞的實(shí)例。

《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》基于結(jié)構(gòu)極限分析理論、按照邊緣屈服準(zhǔn)則對(duì)四地腳螺栓靴板式有加勁塔腳板計(jì)算公式進(jìn)行了優(yōu)化，認(rèn)為對(duì)角區(qū)隔Ⅰ和區(qū)隔Ⅱ(見圖2)為塔腳板受力條件最不利區(qū)隔，塔腳坂厚度取區(qū)隔Ⅰ和區(qū)隔Ⅱ計(jì)算結(jié)果的大值，并按下列公式進(jìn)行計(jì)算[2]：

t=max(t1，t2)

對(duì)于區(qū)隔Ⅰ：

對(duì)于區(qū)隔Ⅱ：

式中，T為底板上作用的拉力；y1為區(qū)隔Ⅰ地腳螺栓中心至靴板的距離；b1為區(qū)隔Ⅰ的寬度；L為區(qū)隔Ⅰ的加勁板長(zhǎng)度，規(guī)范要求L不小于螺栓中心至靴板的距離；y2為區(qū)隔Ⅱ地腳螺栓中心至主角鋼的距離；b2為區(qū)隔Ⅱ的寬度。

圖2 新規(guī)范四地腳螺栓靴板有加勁塔腳板計(jì)算模型

通過(guò)對(duì)比計(jì)算模型及公式，新舊規(guī)范都是將塔腳板分為4個(gè)區(qū)隔，強(qiáng)度由受力最不利的區(qū)隔控制；塔腳板厚度根據(jù)塔腳板所受彎矩計(jì)算受彎應(yīng)力所得，兩規(guī)范都符合鋼結(jié)構(gòu)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則[3]。不同點(diǎn)在于舊規(guī)范中塔腳板厚度受主材相鄰區(qū)隔尺寸影響，認(rèn)為塔腳板厚度僅由主材所在區(qū)隔尺寸來(lái)控制；且不考慮加勁板對(duì)塔腳板承載力的加強(qiáng)作用，加勁板不參與計(jì)算，制圖時(shí)加勁板尺寸及規(guī)格僅根據(jù)設(shè)計(jì)人員常規(guī)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行布置。而新規(guī)范中認(rèn)為塔腳板厚度受主材對(duì)角區(qū)隔尺寸影響，新規(guī)中對(duì)于工程中常用的靴板式有加勁塔腳板的計(jì)算考慮了加勁板的加強(qiáng)作用；且對(duì)加勁板的構(gòu)造給出了具體要求，即加勁板的長(zhǎng)高比為0.5～1.0，厚度取靴板厚度的0.6～0.7倍。同時(shí)，新規(guī)認(rèn)為靴板式塔腳板受壓時(shí)，由于靴板及加勁板的豎向剛度較大而底板的豎向剛度相對(duì)較小，底板和基礎(chǔ)間的底板和基礎(chǔ)間的壓力并非均勻分布，而是主要分布在靴板和加勁板附近；因此底板承受的彎矩相對(duì)較小，受壓工況一般不控制底板的厚度；故新規(guī)并不考慮靴板式塔腳板的受壓計(jì)算。

2 新舊規(guī)范塔腳板計(jì)算結(jié)果對(duì)比

現(xiàn)將不同規(guī)格地腳螺栓對(duì)應(yīng)的塔腳板構(gòu)造尺寸及厚度計(jì)算結(jié)果示于表1(見表1)。塔腳板構(gòu)造尺寸按照《輸電線路桿塔制圖和構(gòu)造規(guī)定》(DL/T 5442—2020)[4]取值。根據(jù)表1計(jì)算結(jié)果，在相同拉力條件下，新規(guī)塔腳板計(jì)算厚度較舊規(guī)范有所減小，減小值約在2～5 mm之間；且塔腳板所受拉力越大，新舊規(guī)范計(jì)算結(jié)果差異越大?？梢娍紤]了加勁板的有利作用后，新規(guī)塔腳板厚度計(jì)算結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)合理。

表1 新舊規(guī)范塔腳板厚度計(jì)算對(duì)比

3 新舊規(guī)范塔腳板計(jì)算公式優(yōu)劣對(duì)比

對(duì)于靴板式有加勁塔腳板計(jì)算公式，雖然舊規(guī)范相對(duì)較為保守[5]，但因加勁板不參與計(jì)算，僅作為塔腳板構(gòu)造的加強(qiáng)措施，制圖時(shí)加勁板尺寸可按照設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)靈活取值。這種處理方法非常簡(jiǎn)便，不僅能保證工程安全，還大大減少了設(shè)計(jì)人員的計(jì)算工作。

但對(duì)于新規(guī)范計(jì)算公式，因山地塔為適應(yīng)地形需要須做長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致不同接腿斜材與塔腳板平面夾角不同，受該夾角構(gòu)造影響，進(jìn)而引起同一塔型下不同接腿的塔腳加勁板尺寸不同；即接腿越短，加勁板尺寸越小。這對(duì)于根開較小的直線塔影響尤為明顯，部分加勁板需做成傾斜處理才能滿足構(gòu)造要求(見圖3)；但這與規(guī)范給出的計(jì)算模型圖示又有出入，且加勁板傾斜處理后，其對(duì)塔腳板是否有足夠的加強(qiáng)作用不得而知，這時(shí)規(guī)范公式的適用性又需進(jìn)一步考慮。若根據(jù)不同接腿計(jì)算不同的塔腳坂，因每個(gè)塔型長(zhǎng)短腿合計(jì)有數(shù)十個(gè)之多，這不僅會(huì)大大增加設(shè)計(jì)人員的計(jì)算工作量，也不符合鐵塔通用設(shè)計(jì)理念。

圖3 傾斜式加勁板示意

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)新舊規(guī)范關(guān)于四地腳螺栓靴板式塔腳板公式的對(duì)比分析，確定了新規(guī)范實(shí)施后對(duì)塔腳板計(jì)算結(jié)果的定性影響，明確了新舊規(guī)范對(duì)塔腳板厚度計(jì)算結(jié)果的差異，并對(duì)新舊規(guī)范公式的優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比。

(1) 新舊規(guī)范都是將塔腳板分為4個(gè)區(qū)隔，強(qiáng)度由受力最不利的區(qū)隔控制，塔腳板厚度根據(jù)塔腳板所受彎矩計(jì)算受彎應(yīng)力所得，兩規(guī)范都符合鋼結(jié)構(gòu)“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則。

(2) 在考慮了加勁板的有利作用后，新規(guī)范塔腳板計(jì)算厚度較小，新規(guī)范較舊規(guī)范計(jì)算結(jié)果更加經(jīng)濟(jì)合理。

(3) 新規(guī)范未給出傾斜式加勁板的計(jì)算方法及處理原則，對(duì)長(zhǎng)短腿塔腳板的計(jì)算缺乏通用性，新規(guī)范的實(shí)施會(huì)增加設(shè)計(jì)人員的計(jì)算工程量。