輸電鐵塔用八地腳螺栓柔性塔座板規(guī)格計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及輸電鐵塔建造，更具體地說它是一種輸電鐵塔用八地腳螺栓柔性塔座 板規(guī)格計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 塔座板是輸電線路自立式角鋼塔的塔腿和基礎(chǔ)連接的重要構(gòu)件，負(fù)責(zé)將桿塔的基 礎(chǔ)作用力傳遞至基礎(chǔ)。如圖1所示柔性塔座板被田字型布置的靴板和沿塔座板邊緣布置的 加勁板分隔為4個(gè)區(qū)格，每個(gè)區(qū)隔的形狀為了邊長為（S+S1+L)的正方形減去直角邊為L的 等腰直角=角形，其中每個(gè)區(qū)格中設(shè)置有間距為S1的地腳螺栓。
[0003] 輸電鐵塔塔桿的基礎(chǔ)作用力分為下壓力和上拔力兩種：下壓力通過塔座板直接傳 遞至基礎(chǔ)；上拔力通過塔座板傳遞至錯(cuò)固在基礎(chǔ)中的地腳螺栓，而后通過地腳螺栓傳遞至 基礎(chǔ)。
[0004]八地腳螺栓柔性塔座板（見附圖1)主要含義包括如下兩點(diǎn)：（1)塔座板帶有八顆 地腳螺栓；（2)構(gòu)造簡(jiǎn)單，焊縫較少且對(duì)于較矮腿和坡度較大鐵塔不存在主材和加勁板相 碰的問題，從施工和美觀角度而言，具有一定的優(yōu)越性。
[0005] 隨著特高壓輸電線路的不斷發(fā)展，桿塔所承受的荷載也不斷增大，W往普通線路 工程中常見的四地腳螺栓塔座板已經(jīng)不能滿足特高壓線路工程的需要，因此工程中更多的 使用了八地腳螺栓塔座板型式。
[0006] 通過查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)、規(guī)程和規(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/T5154-2012(W下簡(jiǎn)稱為《技術(shù)規(guī)定》）中給出的八地螺柔性塔座板形式與目前特高壓 工程中常用的八地螺柔性塔座板形式在加勁板布置上有所差異。目P《技術(shù)規(guī)定》中沒有給 出特高壓工程中常用的八地螺柔性塔座板計(jì)算公式。
[0007] 事實(shí)上，有限元和試驗(yàn)結(jié)果顯示，常用的八地腳螺栓柔性塔座板應(yīng)力主要向靴板 和鄰近加勁板擴(kuò)散，因此從應(yīng)力分布角度出發(fā)，對(duì)于八地腳螺栓柔性塔座板的單個(gè)螺栓來 講，其支撐情況類似于兩邊固定支承、另外兩邊自由的情況，但其"自由邊"并非完全自由， 不滿足位移邊界條件，因此又有不能完全等同于兩邊固定支承、另外兩邊自由的情況；若將 區(qū)格內(nèi)兩顆螺栓作為整體，則塔座板類似于四邊支承，但由于應(yīng)力非均勻分布且加勁板并 非全封閉，與普通的四邊固定支承存在差異，因此，《技術(shù)規(guī)定》中給出的計(jì)算公式不能適用 于八地螺柔性塔座板受拉承載力計(jì)算。
[0008]另外，福建省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院對(duì)八地腳螺栓的柔性塔座板加勁板影響進(jìn)行了初步 的研究和探討，通過有限元對(duì)柔性塔座板進(jìn)行了受力分析，主要對(duì)比分析了無加勁板和有 加勁板的承載力變化規(guī)律，對(duì)舊版電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》 DLA5154-2002的公式系數(shù)進(jìn)行了修正，但仍舊存在現(xiàn)行《技術(shù)規(guī)定》公式的相同問題，沒有 從根本上解決塔座板承載力計(jì)算問題，并且2012年新版《技術(shù)規(guī)定》也未采用福建院的研 究成果。
[0009]綜上，迫切需要研究提出一種更加合理可靠的八地腳螺栓柔性塔座板計(jì)算方法， 使計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)情況更加吻合，進(jìn)一步提高輸電線路塔座板設(shè)計(jì)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
[0010] 目前，由于真型試驗(yàn)測(cè)試成本高，耗時(shí)長，因此在試驗(yàn)和理論分析的基礎(chǔ)上往往采 用有限單元法進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力分析，有限單元法即將連續(xù)的結(jié)構(gòu)劃分為若干個(gè)有限的 互不重疊的單元，利用數(shù)值方法求解相關(guān)函數(shù)。目前有限元軟件已經(jīng)比較成熟，常見的有 ANSYS和ABA卵S等軟件，本發(fā)明采用ANSYS軟件展開有限元分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)與《技術(shù)規(guī)定》不同的目前常用的八地腳螺栓柔性塔座板 形式，提供一種更加精確更符合工程需求的全新的輸電鐵塔用八地腳螺栓柔性塔座板規(guī)格 計(jì)算方法。
[0012] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟：
[0013] 步驟一、通過鐵塔計(jì)算確定塔座板承受的上拔力和下壓力N，作為塔座板計(jì)算的外 部輸入條件，其中上拔力分解為對(duì)每個(gè)地腳螺栓的上拔力進(jìn)行分析，作用于每個(gè)地腳螺栓 的上拔力為T;并通過上拔力T，確定地腳螺栓的設(shè)計(jì)直徑d(單位設(shè)為mm);
[0014] 步驟二、根據(jù)圖1所示柔性塔座板結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)合步驟一所得的地腳螺栓設(shè)計(jì)直 徑山在保證塔座板各個(gè)構(gòu)件不相碰的條件下，考慮安裝誤差之后可W得出螺栓孔中屯、至最 近加勁板或靴板中屯、的垂直距離S最小值（單位設(shè)為mm);
[0015]
[0016] 螺栓間距S1 = 2. 5d+10;螺栓離塔座板邊緣的距離L，L> 1. 375d+40。
[0017] 根據(jù)塔座板結(jié)構(gòu)，塔座板寬度B為：
[001引B= 2(S1+S+L) (1)
[0019] 塔座板面積F，=B2-2L2;通過適當(dāng)調(diào)整L使得F,滿足根據(jù)力學(xué)定律（其中[Ra] 為基礎(chǔ)混凝±的抗壓強(qiáng)度）
[0020]
[0021] 如上所述，即可得到塔座板的最小尺寸BW及相應(yīng)的S1、S、L的構(gòu)造尺寸；
[0022] 步驟=、設(shè)置與塔座板底板厚度t(單位設(shè)為mm)相關(guān)的彈塑性放大系數(shù)A，入的 取值范圍如下：
[0023]A二 1. 4,t^ 16mm
[0024]A二 1. 45,16mm<t< 35mm
[00巧] (2)
[0026]A二 1.6, 35mm<t< 50mm
[0027]A二 1. 7,t> 50mm
[0028] 塔座板底板材料的計(jì)算強(qiáng)度f。(f為鋼材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值），如下：
[0029] fu=Af(3)
[0030] 步驟四、根據(jù)下壓力N和步驟二確定的構(gòu)造尺寸B化及相應(yīng)的S1、S、L按照《技術(shù) 規(guī)定》中的底板受壓計(jì)算方法，確定塔座板底板受壓時(shí)所需的最小厚度tg;
[0031] 步驟五、計(jì)算塔座板底板一個(gè)區(qū)格的有效計(jì)算寬度Di(單位設(shè)為mm):
[0032]
(公 > 3()('咖円2) ( 4 )
[0033] 步驟六、將上述步驟確定的參數(shù)帶入下式，計(jì)算出底板受拉時(shí)所需的最小厚度 (單位設(shè)為mm):
[0034]
[0035]T為底板上作用的單個(gè)螺栓拉力；
[0036] 步驟屯、由于上述受拉計(jì)算方法是基于強(qiáng)度破壞準(zhǔn)則推導(dǎo)而來，因此B/tj4需滿足 B/t& <33,若不滿足則調(diào)整塔座板底板厚度，取=B/33使之滿足；
[0037] 步驟八、選?。ズ瓦\(yùn)二者的較大值作為塔座板底板的設(shè)計(jì)厚度t。
[0038]本發(fā)明所采用的計(jì)算方法引入了等效計(jì)算寬度的概念，通過等效計(jì)算寬度考慮底 板剛度（即區(qū)格寬度大?。┖蛻?yīng)力非均勻分布對(duì)底板承載能力的影響，克服了《技術(shù)規(guī)定》 中的不足。本發(fā)明還引入了等效計(jì)算力臂的概念，考慮墊板對(duì)幾何力臂的影響，對(duì)幾何力臂 進(jìn)行折減，真實(shí)的反應(yīng)了塔座板的承載能力。本發(fā)明的計(jì)算公式所得構(gòu)件承載力與試驗(yàn)、有 限元和《技術(shù)規(guī)定》所得承載力的比較如附圖7所示。本發(fā)明克服了《技術(shù)規(guī)定》不足的同 時(shí)，計(jì)算結(jié)果更加合理、可靠。
【附圖說明】
[0039] 圖1為八地腳螺栓柔性塔座板結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖2為八地腳螺栓柔性塔座板規(guī)格計(jì)算方法流程圖。
[0041] 圖3為B/2對(duì)等效計(jì)算寬度折減系數(shù)的影響曲線示意圖。
[0042] 圖4為計(jì)算力臂L與S有限元計(jì)算對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
[0043] 圖5為塔座板承載力受加勁板厚度影響曲線示意圖。
[0044] 圖6為塔座板承載力受加勁板長度影響曲線示意圖。
[0045]圖7為各計(jì)算方法計(jì)算得承載力比較示意圖
[0046] 圖7中注：化一一數(shù)值分析計(jì)算的8地腳螺栓極限承載力（當(dāng)極限荷載所對(duì)應(yīng)的 中屯、位移大于或等于1. 5mm時(shí)，取1. 5mm所對(duì)應(yīng)的荷載）；
[0047] 門2-一建議適用方法計(jì)算的8地腳螺栓承載力；
[0048] P。一一按兩邊支撐并參考《技術(shù)規(guī)定》（2012)公式（7. 5. 2-3)計(jì)算得到的承載力；
[0049]Pt2一一極限承載力試驗(yàn)值；
[0050]P。一一參考《技術(shù)規(guī)定》（2002)公式化5. 2-3)計(jì)算得到的承載力。
【具體實(shí)施方式】
[0051]W下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，但該實(shí)施例不應(yīng)該理解為 對(duì)本發(fā)明的限制，僅作舉例而已，同時(shí)通過說明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。
[0052] 如附圖所示，輸電鐵塔用八地腳螺栓柔性塔座板規(guī)格計(jì)算方法按如下步驟進(jìn)行：
[0053] 步驟一、通過鐵塔計(jì)算確定塔座板承受的上拔力和下壓力N，作為塔座板計(jì)算的外 部輸入條件，其中上拔力分解為對(duì)每個(gè)地腳螺栓的上拔力進(jìn)行分析，作用于每個(gè)地腳螺栓 的上拔力為T;并通過上拔力T和下壓力N，確定地腳螺栓的設(shè)計(jì)直徑d(單位設(shè)為mm)(根 據(jù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)程2014版）；
[0054] 步驟二、根據(jù)圖1所示柔性塔座板結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)合步驟一所得的地腳螺栓設(shè)計(jì)直 徑山在保證塔座板各個(gè)構(gòu)件不相碰的條件下，考慮安裝誤差之后可W得出螺栓孔中屯、至 最近加勁板或靴板中屯、的垂直距離S最小值（單位設(shè)為mm);
[00巧]
[0056] 該式引用了《電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二版）的相關(guān)內(nèi)容；
[0057] 塔座板承載力隨S增加而減小，隨S1的變化成拋物線變化規(guī)律，當(dāng)S1較小時(shí)，由 于兩顆螺栓孔的應(yīng)力集中區(qū)域擴(kuò)大為一個(gè)區(qū)域，從而降低了座板的承載力，當(dāng)S1增大至可 W忽略螺栓應(yīng)力集中影響后，座板承載力隨著S1增大而減小，一般按照設(shè)計(jì)規(guī)定，螺孔之 間的距離需滿足構(gòu)造要求，即Sl〉2.5d+10(mm)，式中d為螺孔直徑。按S確定方法，同理可 確定螺栓離塔座板邊緣的距離以L> 1. 375d+40。
[0058] 根據(jù)塔座板結(jié)構(gòu)，塔座板寬度B為：
[0059]B= 2(S1+S+L) (1)
[0060] 塔座板面積F，=B2-2L2;通過適當(dāng)調(diào)整L使得F,滿足根據(jù)力學(xué)定律（其中[Ra] 為基礎(chǔ)混凝±的抗壓強(qiáng)度）
[0061]
[0062] 如上所述，即可得到塔座板的最小尺寸BW及相應(yīng)的S1、S、L的構(gòu)造尺寸；
[0063]步驟=、設(shè)置與塔座板底板厚度t(單位設(shè)為mm)正相關(guān)的彈塑性放大系數(shù)A，入 的取值范圍如下：
[0064]A= 1. 4,t《16mm
[00巧] 入=1. 45,16mm