国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较_侯建国

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国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

第44卷增刊2011年10月工学版)武汉大学学报(

EnineerinJournalofWuhanUniversit   ggy 

Vol.44Su.p

Oct.2011

()文章编号:167188442011S1016210---

国内外架空输电线路设计规范

安全度设置水平的比较

侯建国,徐彬,董黛,肖龙

()武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉 430072

摘要:为了借鉴国外架空输电线路设计规范的先进经验,便于国内工程技术人员熟悉和使用国外规范,根据已

收集到的相关文献资料,对国内外架空输电线路设计规范的基本设计原则和冰、风荷载的取值标准及其荷载组获得了我国现行规范与国外规范(合规定与安全度设置水平等进行了较为深入和系统的比较研究,ASCE74 -安全度设置水平差异的定量数据,可供国内同行2009、ASCE1097、IEC60826:2003、EN503411:2002等规范) -  -借鉴和参考.

关键词:架空输电线路;覆冰荷载;风荷载;重现期;安全度水平中图分类号:TU202   文献标志码:A 

Comarisonofsafetsettinlevelindesincodes     pygg  

ofoverheadtransmissionlinesinChinaandabroad       

,,HOUJianuoXUBin,DONGDaiXIAOLon    gg

(,Wu,Wu)SchoolofCivilandArchitecturalEnineerinhanUniversithan430072,China       ggy

:AbstractInordertolearnfromtheadvancedexeriencesfromtheforeinoverheadtransmissionline             pg

,,aeraccordintothecollectedrelevantdocumentsthissstematicallcomaresthebasicdecodes         -ppgyyp  rinciles,sinwindandiceloadvaluesandtheirloadcombinationsandsafetsettinlevelsofdesin             ppgygg  uantitativecodesaboutoverheadtransmissionlinesinChinaandabroad.Thedataofthedifferencesof              q

,safetsettinlevelbetweenChinacurrentcodesandforeinsecifications(ASCE742009ASCE1097,        - -yggp  )IEC60826:2003,EN50341,etc.arealso.Theresultscouldbeavailablefordomesticofoteole           gppsameoccuationasareference.    p

:;;;;Kewordsoverheadtransmissionlinesiceloadwindloadreturnsafetsettinleveleriod     ygpy   国内  在建筑市场激烈竞争日益国际化的今天,

电力设计院和电力建设公司的涉外工程越来越多,但由于相关技术人员对国外的相关设计标准不是太熟悉,因而对参与国际化的市场竞争带来一些不在架空输电线路设计领域,国内已有很利的影响.

多学者利用结构可靠度理论,对架空输电线路结构的可靠度和相应的安全度设置水平作了大量的研究工作

[]15-

设计原则和冰、风荷载的取值标准及其荷载组合规定与安全度设置水平等进行系统研究的还较少.

本文选取了几本国内外具有代表性的架空输从分项系数设计表达式的相当安电线路设计规范,

全系数的角度,对国内外架空输电线路设计规范的基本设计原则和冰、风荷载的取值标准及其荷载组合规定与安全度设置水平等进行了较为深入和系获得了我国现行规范与国外相关规统的比较研究,

范安全度设置水平差异的定量数据,可供国内同行

,但从分项系数设计表达式的相当安全

系数的角度,对国外架空输电线路设计规范的基本

,:作者简介:侯建国(男,教授、博士生导师,主要从事结构可靠性基本理论与应用研究,hou1955Eailhu.edu.cn.-)-m@wjg

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

借鉴和参考.参与分析比较的国内外相关规范主要中国规范G有:B505452010《110kV~750kV架 -

[6]

/《空输电线路设计规范》和D重覆LT54402009 -[7]

/冰架空输电线路设计技术规程》及DLT5154 -[8]

《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》等;2002

《美国规范A输电线路结构荷载SCE MOP742009 -

/QCSG115022008《110~500kV架空输电线路 -

[24]》暂行)等.设计技术规定(

的架空输电线路设1.1.2 国际电工委员会(IEC)

计规范体系

国际电工委员会第11技术委员会(IEC

),从2TC110世纪70年代开始对架空输电线路设计标准进行了国际间的广泛研讨,于1991年颁布架空输电线路荷载和强度》了IEC60826:1991《 (Loadinandstrenthofoverheadtransmission    gg 

[25]);进一lines2003年在总结实践经验的基础上,步修订并颁布了I输电线路结构EC60826:2003《 

[11]

设计规范》.IEC60826:2003为英语和法语双语 

导则》(GuidelinesforElectricalTransmission   

[9]

)和AStructuralLoadinSCE1097(2000)Line   -g

《(输电线路角钢塔结构设计》DesinofLatticed  g[10]

)等;国际电工协SteelTransmissionStructures  

会标准I架空输电线路设计标准》EC60826:2003《 

(Desinriteriafverheadransmission C o O Tg

[11]);欧洲规范ELinesN503411:2001“Overhead -linesexceedinAC45kV.Part1:Genelectrical    -g 

[]12”等.eralreuirements.Commonsecifications  qp

旨在作为国际电工界基础性的设计标准,可以版,

直接采用,也可以供各国修订本国相应标准时参考.IEC60826的目标是为各国架空输电线路设计 标准的制定采用可靠度理论和概率或半概率方法提供一个大体的框架.

1.1.3 美国的架空输电线路设计规范体系

美国电网以私营为主,形成各自为政的局面,因此电压等级较多,从110kV到765kV就有8个电压等级.但美国的架空输电线路设计标准体系较为完善,协调性好,国际化程度高,主要由以下4

26]

:部分组成[

1 国内外规范设计方法的比较

1.1 国内外架空输电线路设计规范简介1.1.1 中国的架空输电线路设计规范体系

中国架空输电线路设计的标准体系分为国家标准、行业标准和企业标准等.

中国架空输电线路设计的国家标准主要有

[]

《GB5054520106以及GB50061201066kV及以 - -

[13]

下架空电力线路设计规范》等.

中国架空输电线路设计的行业标准主要有/《架空送电线路杆塔结构设计技DLT51542002 -

[8]

、/架空送电线路钢管术规定》DLT51302001《 -

[14]

、/杆设计技术规定》架空送电DLT52192005《 -[15]

、/线路基础设计技术规定》重DLT54402009《 -[7]

、/覆冰架空输电线路设计技术规程》DLT899 -[16]

、/架空线路杆塔结构荷载试验》2004《DLT

《52172005220kV~500kV紧凑型架空送电线路-[17]

等.设计技术规定》

)国家法规和安全规定执行美国国家电力规1

定NEC(NationalElectricalCodeofUSA,NEC)    和美国国家电力安全规范NESC(NationalElectri -calSafetCodeofUSA,NESC).   y 

)电气部分以I在IEC60826标准为主,EC标准2 不适用时采用相应的英国标准或美国国家标准.)结构设计以美国土木工程协会ASCE标准3(,AmericanSocietofCivilEnineersASCE)   yg 

[7]

、等为ASCE742009ASCE1097、ASCE48052 - - -还可参考美国钢结构协会A主,ISC标准(Ameri-

,canInstituteofSteelConstructionAISC)AISC    

[8]

及美国混凝土协会A360052CI318标准ACI- 9

082.318M-

4)杆塔材料执行美国测试和材料协会ASTM

[]

中国架空输电线路的企业标准主要有国家电/网公司的QGDW1782008《1000kV交流架空 - 

[18]

、/输电线路设计暂行技术规定》QGDW179 -2008《110~750kV架空输电线路设计技术规

[19]

、/《定》QGDW180200866kV以下架空电力线 -

[20]

、/路设计技术规定》QGDW1812008《±500 -

[21]

、/kV直流架空输电线路设计技术规定》QGDW

(,AmericanSocietforTestinandMaterials   yg  

的系列标准.ASTM)1.1.4 欧盟的架空输电线路设计规范体系

欧盟于1972年成立欧洲电工标准化委员会(EuroeanCommitteeforElectrotechnicalStand    -p,,宗旨是协调各国的电工标ardizationCENELEC)

中重冰区架空输电线路设计技术规1822008《-

[22]

/定》以及中国南方电网公司的QCSG11503 -

[23]

《、中重冰区架空输电线路设计技术规定》2008

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

准,以消除贸易中的技术壁垒,制定统一的IEC范实行电工产品的合格认证制围外的欧洲电工标准,

度.由于协调各个国家的标准需要较长的时间,加之建筑行业的钢结构设计规范于1993年才开始试行,因此,欧盟统一的架空输电线路设计规范一直即为现行欧盟规范到2001年10月才正式发行,EN50341:2001. 

与美国各规范分类较详细的特点不同,EN包括输电线路的荷载50341:2001内容涵盖较广,

规定以及结构设计和电力设计等各方面的内容,从设计原则到细部结构设计应有尽有.EN50341: 德语和法语3个版本,各个国家再2001包括英语、

根据本国的实际情况依照EN50341:2001进行小 幅度的修订,形成本国的规范,并在名称前面加上:本国的简写,如芬兰规范为SFSEN503412001;- :英国规范为B而英国本国较早SEN503412001,- 《的一个架空输电线路标准则为B格S81001:1986 -

[30]

()构式塔和桅杆》Latticetowersandmasts.   

电线路设计规范中,在基本设计原则方面,均采用用失效概了以概率理论为基础的极限状态设计法,率或与之相对应的可靠指标度量结构构件的可靠度,按分项系数设计表达式进行设计.

IEC60826、ASCE742009和EN50341分项  - 

分别是荷系数设计表达式均设置了2种分项系数,载分项系数γ(包括永久荷载分项系数γ可变荷G、和材料性能(或抗力)分项系数γM载分项系数γQ)

(;或φ)我国规范GB505452010承载能力极限状 -态的分项系数设计表达式,除设置了荷载分项系数还按不同的结γG、γQ和材料性能分项系数γR外,

构安全级别及荷载组合工况分别设置了结构重要性系数γ.0及可变荷载组合系数ψ

国外规范冰、风荷载分项系数的取值与重现期有关,我国规范GB505452010则没有考虑重现期 -各国规范分项系数的取值对荷载分项系数的影响.

见表1.由表1可以看出,单从荷载分项系数的取我国规范规定的荷载分项系数取值,除个值来看,

别情况下与国外规范IEC60826、ASCE742009  -和E绝大多数情况下,普遍N50341基本持平外, 高于国外规范规定的荷载分项系数.

EN50341 常规法未设置

经验法未设置(、不利)1.2

(有利)1.0

1.2 国内外架空输电线路设计规范设计方法比较1.2.1 设计原则及分项系数取值的比较

目前所收集到的国内外具有代表性的4套输

表1 国内外规范分项系数的取值

规范代号结构重要性

系数γ0永久荷载分项系数γG风荷载分项系数γw

GB505452010 -(;1.1Ⅰ级)(;(1.00.9Ⅱ级)Ⅲ级)(;(不利)有利)1.21.0

IEC60826 未设置

ASCE742009 -

未设置

1.0 (;50年)1.0

(;1.1150年)(1.2500年)(;1.050年)(;1.15150年)(1.3500年)

1.0 

(;(;0.8525年)1.050年)

(;(;1.15100年)1.3200年)

(1.45400年)(;(;0.8525年)1.050年)

(;(;1.25100年)1.5200年)

(1.85400年)

1.0(;1.050年)

(;1.2150年)(1.4500年)(;1.050年)(;1.25150年)(1.5500年)

1.41.3

覆冰荷载分

项系数γi

1.41.3

组合值系数

ψ

(、正常运行)1.00.9

(、断线、安装、不均匀覆冰)

(验算)0.75

()1.087Q235γR=

1.111γR=(,)Q345Q390

未设置未设置

(极值冰+0.4

、伴随风)0.34

(极值风+相应覆冰)

未设置

材料或抗力

分项系数

9φ=0.

φ与置信概率及

变异系数有关

1.1γR=

1.2.2 结构安全级别及气象荷载重现期的比较

//我国规范DLT50921999和DLT5154 - -分为12002按照电压等级(10~330kV、500kV和

和线路种类(分为一般线路、临时性线路750kV)和其他线路)的不同,将输电线路划分为3个结构

不同安全级别的安全度设置水平通过结安全级别,

构重要性系数来反映.国外规范IEC60826、ASCE 742009和EN50341等也将输电线路划分了不同- 

的安全级别或可靠性级别,与我国规范有所不同的是,国外规范输电线路的安全级别与冰、风荷载的

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

重现期有关,如表2所示.

1.2.3 荷载组合及其设计工况的比较

目前所收集到的国内外具有代表性的4套输电线路设计规范中,对杆塔设计工况均分类表述.我国规范将设计工况分为正常工况、安装工况、断线工况在每一个设计和不均匀覆冰工况及验算覆冰工况,

工况里考虑若干不同的荷载组合.IEC60826和EN 

国别中国

规范名GB505452010 - 荷载规范GB500092001 -

国际美国欧盟

IEC60826ASCE742009 -

ASCE710 -EN50341 

气象荷载工况(类似50341主要考虑3种设计工况:

、施工和维修工况(类于我国规范的正常运行工况)

、似于我国规范的安装工况)与结构安全有关(防止失效)的故障工况:防止事故荷载,如断线或不均匀覆冰荷载(类似于我国规范的断线工况).ASCE74 -2009比IEC60826则多了一个法定荷载工况.国内 外规范设计工况的大致对应关系见表3.

重现期(安全级别)

750kV、500kV线路110~330kV线路

基本风压

安全级别与重现期有关安全级别与重现期有关安全级别与重现期有关

50年30年

;重要线路(其他线路Ⅰ级)

(;临时线路(Ⅱ级)Ⅲ级)

表2 我国规范与国外规范冰、风荷载重现期及安全级别的比较

10年、50年、100年、、50年(1级)150年(2级)500年(3级)、、、25年(1级)50年(2级)100年(3级)

、200年(4级)400年(5级)、、50年(1级)150年(2级)500年(3级)

表3 国内外规范设计工况的大致对应关系

我国规范GB505452010-正常运行工况安装工况断线工况不均匀覆冰工况验算覆冰工况

IEC60826 气象荷载工况施工和维修工况

故障工况

ASCE742009 -气象荷载工况施工和维修工况

故障工况法定荷载工况

EN50341 

常规法气象荷载工况施工和维修工况

故障工况

经验法正常运行工况施工和维修工况

故障工况

1.2.4 气象荷载标准值取值的比较

国外规范IEC60826、ASCE742009和EN  -

风荷载的长期观测资料为基础,50341都是以冰、假定冰、风荷载服从某一概率分布类型,按其概率我国分布的某一不利分位值用概率统计方法确定.规范除风荷载具有较长期的观测资料,可按概率统计方法确定外,冰荷载(设计覆冰厚度)由于缺乏长期的覆冰观测数据,多按相邻已运行线路的运行资料和经验来确定设计冰厚,缺乏长期观测数据的支撑和数理模型的推算.见表4和表5.

为了定量比较国内外规范风荷载标准值和覆冰荷载标准值的差异,假定50年重现期下10m高度处1根据各国0min平均时距的基本风速为V0,规范对导线风荷载和杆塔风荷载标准值的计算规定的不同,假定各国规范规定的导线的直径d、档距L、杆塔高度和风速方向等基本参数相同,以我国规范5分别对0年重现期的基本风速为基准,国内外规范规定的不同高度、不同地形特征类别下,导线风荷载和杆塔风荷载的标准值进行了大由此求得国外规范I量计算,EC60826、ASCE74  -

2009、EN50341与我国规范GB505452010在  -

不同地形特征类别下导线风荷载标准不同高度、

值及杆塔风荷载标准值的比值,见表4;对于覆冰根据我国规范和国外规范规定的不同高度荷载,

处覆冰荷载的换算公式和换算系数,及按我国覆冰统计资料计算的不同重现期的换算系数,以我国规范规定的离地面10m高、50年重现期和导线直径为30mm的覆冰厚度对应的覆冰荷载为基准,近似求得各国规范与我国规范覆冰荷载标准值的比值,见表5.

另外,由于国外规范与我国规范对于冰、风荷载组合的情况下,对应的风速取值不一致,因此,对于冰、风荷载组合时国外规范与我国规范风荷载标对于α本文采准值的比值α′′w与αw不同.w的取值,

用与求α计算结果见表5.由于我国wx类似的方法,规范覆冰时风速的折减系数与冰区有关,故本文求得的α′w的取值与冰区有关.

值得指出的是,在计算国内外规范的安全度设置水平时,为简化计算,统一取导线风荷载效应和杆塔风荷载效应两者的加权平均值作为国外规范

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

与我国规范风荷载标准值的比值,所加的权重分别

规范代号

基本风速

基准高度/m 平均时距/min 统计重现期/年地面粗糙类别风速样本风速概率分布模型地形和高度影响风载体

型系数

导线杆塔

动力特性风荷载标准值比值αw

GB505452010 -

10 10 

(30110~330kV)

(50500~750kV)

B类年最大风速耿贝尔极值Ⅰ型风压高度变化系数μZ

()、()1.2d≤171.1d>17

与实积比有关风荷载调整系数

1.0 

为0.65和0.35.

ASCE742009 -

10 0.05 50 与我国C类(

B类对应)阵风风速耿贝尔极值Ⅰ型风速高度变化系数Kz

1.0 与实积比有关阵风响应系数

*()1.3301.264

表4 国内外输电线路规范风荷载的比较

:IEC602862003 

10 10 50 B类年最大风速耿贝尔极值Ⅰ型

α

/)VZ=VR(Z10

VR=KRVRB

EN50341 

101050与我国Ⅱ类(

B类对应)平均风速或阵风风速耿贝尔极值Ⅰ型/VhVR(Ⅱ)=

(/klnhZTo)

1.0与实积比有关阵风响应系数

*()1.7131.625

1.0 与实积比有关综合风载系数

*()1.5771.493

括号外为β1.2的情况,1.0的情况.  注:*括号内为βc=c=

表5 国内外输电线路规范覆冰荷载的比较

规范代号基准高度/m 重现期/a

标准

覆冰荷载

观测导线直径/mm观测导线跨度/m覆冰荷载的确定

设计覆

冰荷载

GB505452010 -

10 

(;500kV~750kV)50(30330kV及以下)

未规定未规定

根据相邻已运行线路的资料和经验确定按重现期、地形、高程、线径修正)V=(0.39~1.0V50

1.0 1.0 1.0 -51.0 

:IEC608262003 

10 50 30未规定根据统计资料确定按重现期、直径、

高度修正)V=(0.6~0.85V50)V=(0.4~0.5V1

1.947 1.347 0.550 -51.151 

ASCE742009 -

10 50 未规定未规定提供了美国50年的

覆冰厚度分布图按重现期、地形、

高度修正)V=(0.33~0.67V50

2.281 1.519 0.613 -100.931 

EN503411 -

105030100采用概率统计

模型来确定按重现期、高度、直径、档距修正)Vp=(0.55~0.65V50

)Vb=(0.70~0.85V50

3.9112.6031.056-51.0

覆冰厚度修正风组合时冰、

的风速取值

冰、风荷载组合时风荷载标准值比值α′w

轻冰区中冰区重冰区

覆冰时的气温/℃覆冰荷载标准值比值αi

风速.

V50年一遇的基本风速;V1表示年平均最大风速;Vp表示计算适当风载时所采用的风速;Vb表示计算较大风载时所采用的  注:0表示5

2 国内外架空输电线路结构安全度设置水平的比较

科学合  研究结构设计规范的安全度设置水平,

理的做法应从结构的失效概率或可靠指标或相当相当安全系数是基于分安全系数的角度进行分析.

为便于直观地项系数设计表达式求得的安全系数.

比较国内外规范安全度设置水平的差异,本文从相

当安全系数的角度来进行比较.2.1 相当安全系数的计算公式

由分项系数设计表达式及各分项系数的取值,经过简单的数学推演,可以方便地写出与分项系数设计表达式相对应的相当安全系数的计算公

]3132-

当仅考虑永久荷载与一种可变荷载(如风式[.

的简单组合时,相当安全系数的计算公式为荷载)

//SKR     K=Rkk=KS

()1

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

]1GwwwTQ[cw(w)()KS=γ20·

1+ρQ

/()3     KR=αγR 或 KR=φαRR/()SGk4     Q=Swkρ

如风荷载和  当考虑永久荷载和两种可变荷载()覆冰荷载)参与组合时,式(应改用下式计算:2

值ρQ2以及这种组合工况下的风荷载与永久荷载

本文选取了一座有代表性的5的效应比值ρ00Q1,采用大型有限元分析软件ANkV输电杆塔结构,-

对杆塔结构设计中的覆冰荷载效应与永久荷SYS,载效应ρQ2以及风荷载效应与永久荷载效应的比值ρ求得ρ.582~Q1进行了大量计算,Q2在-1之间;风荷载效应与永久荷载效应的比值ρ2.395Q1在-4.在ρ527~4.535之间.Q1和ρQ2的计算数值中,负值表示冰、风荷载产生的效应值与永久荷载产生的效应值符号相反.结构设计或结构安全度计应考虑最不利荷载效应的组合,对某一截面算时,

而言,当两种荷载产生的效应值符号相反时,效应值叠加时相减,对结构受力不属于最不利的情况,故在输电线路杆塔结构构件的安全度计算中,仅取根据ρQ1和ρQ2为正值的情况计算.Q1和ρQ2的计ρ

算结果,为简化计算,对于工况二,本文分别取ρQ1=1.0、2.0、3.0、4.0、5.0,.5、1.0、1.5、Q2=0ρ

导线、地线风荷载效应与风荷2.0、2.5进行计算,载总效应的比值ρw仍按最大风荷载参与组合时的

情况考虑,即取ρ0.5、0.6、0.7和0.8共4种.w=2.2.2 αwT和αiT的取值

为便于比较不同重现期下基本风压的差别,本文以50a重现期的基本风压和覆冰荷载为基准,求得不同重现期基本风压与50a重现期基本风压的换算系数α0awT以及不同重现期覆冰厚度与5重现期覆冰厚度的比值α结果见表6.iT,

表6 冰、风荷载不同重现期之间的转换

/重现期Ta 

15 0.8023 0.8113 

30 0.9167 0.9205 

50 1.0000 1.0000 

1001.11241.1074

Gw1wxwTQ12iiiTQ2()5

1+ρQ1+Q2ρ

//()SGk;SGk6 Q1=SwkQ2=Sskρρ

式中:SGk为永久荷载效应标准值;Swk为风荷载效

KS=γ0

应标准值;RSk为结构构件的抗力标准值;k为作用标准值;KS为相当作用系数;KR为相当抗力系数;Qρ为风荷载效应标准值与永久荷载效应标准值的比值;地)线风荷载效应与风荷载总效应的比w为导(ρ值;αwT为我国现行规范不同重现期基本风压的换算系数;αiT为我国现行规范不同重现期覆冰荷载的换算系数;Sαsk为覆冰荷载的效应标准值;i为国外规范与我国规范覆冰荷载标准值的比值;Q1为覆冰ρ荷载参与组合时,风荷载效应与永久荷载效应的比值;αQ2为覆冰荷载效应与永久荷载效应的比值;Rρ

为反映中外规范抗力计算模式差异的系数.

假定我国规范GB505452010的相当安全系 -数为K0,其余国外规范的相当安全系数为K1,则国外规范与我国规范相当安全系数的差值可按下列公式计算:

/D=(K1-K0)K0(%)

()7

2.2 相当安全系数的计算条件为简化计算,同时也为了反映结构的实际安全度水平,本文取正常运行工况下的两种荷载组合进;行计算.工况一:基本风速(无冰、未断线)工况二:设计覆冰+相应风速及气温(未断线).

2.2.1 荷载效应比值

)工况一下的荷载效应比值.对于输电线路1杆塔结构,大量的计算结果表明,工况一时,风荷载效应与永久荷载效应的比值ρ.3~8.3之间Q在3

]3334-

变化[为简化计算,组合工况一,本文取ρ.Q=

据工程设计经验,导线、地4.0、5.0、6.0、7.0、8.0.

αwTαiT

2.2.3 αR的取值

计算相当安全系数时,所选择的几种典型基本构件及其受力情况是:轴心受拉构件、轴心受压构为了保证规范的可比性,计算中假件和受弯构件.

定国内外规范材料的强度等级相同以及构件的截面尺寸相同等.下面以轴心受拉构件来说明αR的计算方法.

我国规范规定的计算公式为:

()N≤mAn8f

()则Rk=m9fyAn

美国规范轴心受拉净截面屈服计算公式:

线风荷载效应与风荷载总效应的比值ρw一般在0.5~0.8之间

[]3334-

为简化计算,本文在相当安全.

取ρ根据系数的计算中,0.5、0.6、0.7和0.8.w=

杆塔结构设计中的常遇风速,取β1.2.c=)工况二下的荷载效应比值.在考虑工况二2时,限于目前尚缺乏覆冰荷载与永久荷载的效应比

N≤fAny

Any

=αR=

mmfyAnφφ

()10()11

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

欧盟规范轴心受拉毛截面屈服计算公式:

//()NAg≤frM012y则

2.3 相当安全系数的计算结果与分析

2.3.1 不考虑抗力计算模式时的相当安全系数

由于IEC标准未给出杆塔结构基本构件的相关计算规定,考虑到各种基本构件的抗力计算公式虽然是不同的,但由杆塔结构各种基本构件相当安在一定简化的基础上,考全系数的推导过程可知,

虑不同荷载参与组合时,各种基本构件相当安全系因此,为了使各国规数的计算公式是完全相同的.

范比较的起点一致,本节在计算基本构件不同工况下的相当安全系数时,不区分不同类型的结构构件,即取α1.R=

)工况一的相当安全系数1

为使得国内外规范相当安全系数相互比较的起点相同,以我国规范规定的50a重现期为基准,分别将各国规范各个重现期的相当安全系数与之计算结果见表8.比较,

αR=

ggy

mmAnfyAn

()13

计算中取An=0.9Ag.

其他构件依此类推,结果见表7.有关公式的]对于表7中轴心受压稳定推导主要参考文献[35.

和受弯稳定,美国规范没有明确给出稳定系数φA和φ但经过一定的推导和转换,可以得出φA和LT,

[35]φLT的相当值.

表7 抗力计算模式系数αR的计算结果

构件类型轴心受拉轴心受压受弯

RkmfyAnmNAcfyφ

mMWfy

αR

美国规范/(1m)φ

(φA/φφc)/(mM)LT欧盟规范/(AgmAn)

/cχφ/mMLT表8 不考虑抗力计算模式时国内外输电线规范工况一的相当安全系数比较

规范代号GB505452010 - 

重现期/a50 2550

ASCE742009 -

10020040050

60826IEC 

15050050

EN503411 -

150500

结构安全级别

风载调整系数βc

Ⅰ级1 1.638 -32.11-21.73-11.36-1.049.341.1610.2619.35 7.9427.53 47.13 

1.2 1.823 -39.00-29.68-20.35-11.08 -1.76 -9.11 -0.93 7.24 -3.02 14.59 32.20 

1 1.489 

1.112-25.32

1.282-13.90

1.452-2.48

1.6218.871.79120.28 

1.65711.28

1.80621.29 

1.95531.30 

1.76818.74 

2.08940.30 

2.4161.85 

45.36 

79.859.72 6

26.00 

55.907.11 4

6.63 

31.944.51 2

17.91 

45.907.68 3

8.93 

34.787.18 2

-0.063.666.69 2 18.02 

33.666.13 2

-2.230.974.15 2 1-12.4236 8. 

2.25

-22.68

-4.33-9.72

-32.93-17.01-21.69Ⅱ级

1.2 1.658 

1 1.34 

Ⅲ级

1.21.42

K0K1

/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%D

由表8可以看出:

我50a重现期,1.0时,①对于I级结构,c=β国规范的相当安全系数与IEC标准的大致持平,

比美国规范的高,略低于欧盟规范常规法的相当安全系数;我国规范的相当安全系数与1.2时,c=β大部分国外规范50a重现期的相当安全系数较为

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

接近,比美国规范的高,低于欧盟规范经验法50a重现期的相当安全系数.但与国外规范其他重现期时的相当安全系数相比,我国规范51.0时,0ac=β重现期的相当安全系数与美国规范200a重现期的相当安全系数大致持平;我国规范51.2时,0ac=β重现期的相当安全系数与IEC标准150a重现期以及美国规范400a重现期的相当安全系数大致持平;其他情况下,我国规范50a重现期的相当安全系数除大于美国1普遍00a重现期的相当安全系数以外,小于其他规范其他重现期下的相当安全系数.50a重现期,1.0时,②对于Ⅱ级结构,c=β

我国规范的相当安全系数除高于美国规范的相当均低于国外规范的相当安全系数.与安全系数外,

国外规范其他重现期时的相当安全系数相比,cβ

规范代号GB505452010 - 

重现

期/a50 2550

ASCE742009 -

10020040050

IEC60826 

15050050

EN503411 -

150500

冰区安全级别

Ⅰ级

轻冰区Ⅱ级1.602 1.65 1.711 1.772 1.856 1.749 1.916 

我国规范5=1.0时,0a重现期的相当安全系数除与美国规范100a重现期的相当安全系数大致持平外,普遍低于国外规范其他重现期的相当安全系数;我国规范51.2时,0a重现期的相当安全c=β系数除与美国规范200a重现期的相当安全系数大致持平以及大于美国规范100a重现期下的相当安全系数以外,普遍低于国外规范其他重现期的相当安全系数.

)工况二的相当安全系数2

由于在冰、风荷载组合时风速会折减,而各国规范对风速折减的比例不同,导致工况二中采用的并与冰区有关,因此,本文在计算国′αw与αw不同,

按不同冰区分内外规范工况二的相当安全系数时,别进行计算,计算结果见表9.

中冰区

Ⅲ级

Ⅰ级

Ⅱ级1.204 1.252 1.313 1.374 1.459 1.356 1.484 1.612 1.124 1.195 1.267 

Ⅲ级

Ⅰ级

重冰区Ⅱ级0.7320.7810.8420.902

-44.39-38.81-32.03

0.987

-39.15-33.04-25.62

0.894

-44.88-39.35-32.63

0.9761.0580.7690.8410.912

Ⅲ级

表9 不考虑抗力计算模式时国内外输电线规范工况二的相当安全系数比较

K0K1

/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%DK1/%D

1.622474327622474327622474327 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1. 1.-1.23680.72-25.77-18.32-9.27-54.87-50.34-44.84 8. 21.731.944.34-22.81-15.06-5.65-51.85-47.01-41.15 1 25.496.088.94-19.05-10.92-1.06-48.09-42.88-36.55 1 29.250.223.53-15.29-6.7854 2 3 3.14.435.929.86-10.05-1.0295 2 3 9.7.838.661.80-16.40-8.0119 1 3 2.18.139.994.39 2 4

2.084 

28.481.387.05 4 5

1.424 

-12.21-3.3931 7.

1.496 1.568 

-8.51681.83-39.83-33.79-26.45 0. 1-0.62361.48-34.77-28.22-20.27 9. 2-30.70-23.74-15.30-52.59-47.83-42.05

-7.77492.74-26.33-18.93-9.95-48.15-42.94-36.62 1. 1-3.33388.16-21.89-14.04-4.52-43.77-38.13-31.27 6. 1

由表9的计算结果可以看出:

我国规范50a重现①对于轻冰区,Ⅰ级结构,期的相当安全系数与美国规范50a重现期及欧盟略大于欧500a重现期的相当安全系数较为接近,

盟规范其他重现期的相当安全系数,普遍小于美国规范其他重现期和I对EC标准的相当安全系数;我国规范5于Ⅱ级结构,0a重现期的相当安全系数除与欧盟规范150a重现期的相当安全系数较

为接近,略大于欧盟规范50a重现期的相当安全系数以外,普遍小于国外规范的相当安全系数;对于Ⅲ级结构,我国规范50a重现期的相当安全系数远小于国外规范的相当安全系数.

我国规范50a重现②对于中冰区,Ⅰ级结构,

期的相当安全系数除与IEC标准500a重现期的普遍大于国外规范的相相当安全系数较为接近外,

当安全系数;对于Ⅱ级结构,我国规范50a重现期

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

的相当安全系数与美国规范400a和IEC标准150略小于Ia的重现期较为接近,EC标准500a重现期的相当安全系数,普遍大于国外规范其他重现期的相当安全系数;对于Ⅲ级结构,我国规范50a重现期的相当安全系数与美国规范100a重现期和IEC标准50a重现期的相当安全系数较为接近,普遍大于国外规范其他重现期的相当安全系数.我国规范50a重现期的相当③对于重冰区,

安全系数远大于国外规范的相当安全系数.

轴心受拉

安全级别

cβ

2.3.2 考虑抗力计算模式时的相当安全系数

根据相当安全系数的计算公式及计算条件,在考虑抗力计算模式时的相当安全系数计算结果如表1另外,本文在考虑抗力计算模式时,只0所示.计算工况一的相当安全系数,对于工况二,可参照工况一时考虑计算模式与不考虑计算模式的相当结合上节计算结果,得出相应安全系数变化规律,

受篇幅所限,本文只列出5的结论.0a重现期的情况.

轴心受压稳定

受弯

美国

欧盟

/%D

表10 50a重现期下国内外规范构件相当安全系数比较

中国

美国

欧盟

美国

欧盟

K0

Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级

11.211.211.2

K1/%DK1/%DK1/%DK1K0K1/%DK1

1.638-41.33-27.11-29.43-1.77-4.4650.61

0.9611.1941.1561.6091.5652.467

1.823-47.28-34.50-36.59-11.74-14.1535.331.489-35.46-19.81-22.368.065.1065.68

0.9611.1941.1561.6091.5652.467

48.791.658-42.04-27.99-30.28-2.96-5.611.34023.66-28.28-10.9020.0716.7984.10

1.6570.9611.1941.6091.5652.467

1.49265.3511.06-35.59-19.977.844.89

0可以看出:  由本文计算结果和表1

0a重现期的相当①我国规范轴心受拉构件5安全系数除个别情况与国外规范的轴心受拉构件的相当安全系数持平外,普遍远大于国外规范的相这主要是由于我国规范考虑了构件强当安全系数.

度折减系数m的原因.

我国规范在②对于轴心受压构件,Ⅰ级构件,

1.0时,50a重现期的相当安全系数与美国规c=β

范400a重现期以及欧盟50a重现期的相当安全系数较为接近,相差1%左右,其他情况下我国规范的相当安全系数均高于国外规范的相当安全系数.对于Ⅱ级构件,我国规范在β1.0时,50a重c=现期的相当安全系数与美国规范200a重现期的相当安全系数较为接近,相差2%左右,高于美国低于美规范50a和100a重现期的相当安全系数,国规范400a重现期和欧盟规范的相当安全系数;在β我国规范51.2时,0a重现期的相当安全c=

系数与美国规范400a重现期和欧盟规范50a重现期的相当安全系数较为接近,相差3%左右.在大部分情况下,我国规范③对于受弯构件,50a重现期的相当安全系数小于国外规范的相当安全系数,特别是与欧盟规范相比,则偏小更多.这受弯折减主要是因为我国规范在考虑角钢受弯时,系数mN取为1,而国外规范则均低于1,导致相当安全系数大于我国规范的相当安全系数.

3 主要结论

通过对国内外架空输电线路规范的安全度设置水平的对比分析,可以得出如下结论:

)我国规范的输电线路级别与电压等级和线1

路种类有关,而国外规范输电线路的安全级别与风荷载的重现期有关,因此,在进行输电线路安冰、

全度设置水平的比较时,应区分不同的重现期.)在不考虑计算模式的差异时,对于工况一2的Ⅰ、我国现行规范50a重现期的相当Ⅱ级构件,安全系数与I欧洲规范5EC规范50a重现期、0a重现期的相当安全系数较为接近;与美国规范相比,则分别相当于美国规范400a和200a重现期的相当安全系数;对于工况二的Ⅰ、轻冰Ⅱ级构件,区和重冰区我国规范的安全度设置水平分别普遍对于中冰低于和高于国外规范的安全度设置水平,区,我国现行规范50a重现期的相当安全系数与国外规范不同重现期的相当安全系数取值互有上下.

)考虑计算模式的差异时,对于轴心受拉构3件,我国规范的相当安全系数普遍大于国外规范的相当安全系数;对于轴心受压构件,与不考虑计算对于受弯构件,我国模式差异时的计算结果类似;

规范的相当安全系数则普遍小于国外规范的相当安全系数.

国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较

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