李喜來俞登科齊立忠段松濤

（1.電力規(guī)劃總院有限公司 北京100120；2.國網(wǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院有限公司 北京102209）

引言

輸電結(jié)構(gòu)包括鐵塔和基礎(chǔ)，作為線路工程中的重要組成部分，其設(shè)計安全性非常重要。針對輸電結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性中的若干問題，筆者主要從重現(xiàn)期與設(shè)計使用年限、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與可靠指標(biāo)、基礎(chǔ)附加分項系數(shù)與安全系數(shù)法三個方面展開進(jìn)行相關(guān)探討，并提出了相應(yīng)的建議。

1 重現(xiàn)期與設(shè)計使用年限

重現(xiàn)期與設(shè)計使用年限是兩個不同的概念。重現(xiàn)期由設(shè)計基準(zhǔn)期衍生而來。設(shè)計基準(zhǔn)期指的是為確定可變作用等的取值而選用的時間參數(shù)，是計算結(jié)構(gòu)失效概率的參考時間坐標(biāo)。《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）［1］中對房屋建筑結(jié)構(gòu)和港口工程結(jié)構(gòu)采用的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，對鐵路橋涵、公路橋涵采用的設(shè)計基準(zhǔn)期為100年，《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068-2001）［2］中采用的設(shè)計基準(zhǔn)期為50年，若設(shè)計時需采用其他設(shè)計基準(zhǔn)期，則必須另行確定在設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)最大荷載的概率分布及相應(yīng)的統(tǒng)計參數(shù)。而重現(xiàn)期指的是連續(xù)兩次超過可變作用指定值的平均時間間隔。在很多情況下，特別是對自然作用，采用重現(xiàn)期來表達(dá)可變作用更加方便?！豆こ探Y(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）中給出了重現(xiàn)期TR、概率p和確定標(biāo)準(zhǔn)值的設(shè)計基準(zhǔn)期T存在的如下近似關(guān)系：

設(shè)計使用年限指的是設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。以房屋建筑結(jié)構(gòu)為例，《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）和《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068-2001）中規(guī)定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限按表1采用。

表1 設(shè)計使用年限Tab.1 Design working life

當(dāng)重現(xiàn)期與設(shè)計使用年限不同時，為使結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)的可靠指標(biāo)與重現(xiàn)期內(nèi)的可靠指標(biāo)相同，應(yīng)對可變作用的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行調(diào)整，這是因為結(jié)構(gòu)上的可變作用是根據(jù)重現(xiàn)期確定其標(biāo)準(zhǔn)值的?！豆こ探Y(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）提出了考慮設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)γL，按表2采用。

表2 荷載調(diào)整系數(shù)Tab.2 Load adjustment coefficient

國內(nèi)輸電線路標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于基本風(fēng)速、設(shè)計冰厚重現(xiàn)期的規(guī)定，是按照電壓等級進(jìn)行分類的，1000kV和±800kV輸電線路重現(xiàn)期按100年考慮［3，4］，750kV、500kV 輸電線路及其大跨越重現(xiàn)期取50年，110kV～330kV輸電線路及其大跨越重現(xiàn)期取30 年［5］。

目前輸電線路標(biāo)準(zhǔn)中雖未明確指出各個電壓等級輸電線路所對應(yīng)的設(shè)計使用年限，但還是基本遵循了《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）中的規(guī)定，總體質(zhì)量過程是可控和安全的，只是仍需具體明確設(shè)計使用年限取值，尤其對于重現(xiàn)期為30年的，應(yīng)給出對應(yīng)的荷載調(diào)整系數(shù)。

概括而言，重現(xiàn)期與設(shè)計使用年限兩者含義不同。建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域提出了考慮設(shè)計使用年限的荷載調(diào)整系數(shù)γL，從而構(gòu)建了可變作用重現(xiàn)期與結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限之間的聯(lián)系；建議在輸電線路中也明確相關(guān)荷載調(diào)整系數(shù)和對應(yīng)的設(shè)計使用年限。

2 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)與可靠指標(biāo)

結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)具有一定的可靠度，對可靠度的數(shù)值度量則用可靠指標(biāo)表示。以房屋建筑結(jié)構(gòu)為例，《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）和《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50068-2001）中按照建筑結(jié)構(gòu)破壞可能產(chǎn)生后果的嚴(yán)重性，劃分了如表3所示的安全等級和對應(yīng)的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。

表3 安全等級和結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)Tab.3 Safety level and coefficient for importance of structure

然后給出了如表4所示的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)，從而建立了結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)和可靠指標(biāo)的有效關(guān)聯(lián)，即不同的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)代表了結(jié)構(gòu)不同的安全等級，并對應(yīng)著不同的可靠指標(biāo)。

表4 可靠指標(biāo)βTab.4 Reliability index β

輸電線路中《架空輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5154—2012）［6］對于結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)的規(guī)定為：重要線路不應(yīng)小于1.1，臨時線路取0.9，其他線路取1.0。雖未明確指出對應(yīng)的可靠指標(biāo)，但在現(xiàn)有條件下，可按預(yù)期完成預(yù)定的功能，建議增加明確結(jié)構(gòu)的破壞類型，按照表4中不同安全等級對應(yīng)的可靠指標(biāo)取值。

3 基礎(chǔ)附加分項系數(shù)與安全系數(shù)法

《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219-2014）［7］中對于基礎(chǔ)附加分項系數(shù)γf的規(guī)定如表5所示。本節(jié)主要對樁基礎(chǔ)進(jìn)行討論。

表5 基礎(chǔ)附加分項系數(shù)Tab.5 Additional partial coefficient of foundation

《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219-2014）中補(bǔ)充增加了樁基礎(chǔ)的附加分項系數(shù)，樁基礎(chǔ)的設(shè)計采用荷載的標(biāo)準(zhǔn)值Quk進(jìn)行計算，將原以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法調(diào)整為安全系數(shù)法，采用安全系數(shù)K=2及樁基附加分項系數(shù)γf代替荷載分項系數(shù)1.35和材料抗力分項系數(shù)γp，即如下轉(zhuǎn)換關(guān)系式：

其中：Nk為荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合下的作用力。

《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5219-2005）［8］對應(yīng)懸垂桿塔，耐張直線及懸垂轉(zhuǎn)角桿塔，耐張轉(zhuǎn)角、終端、大跨越塔的樁基附加分項系數(shù)1.35γp分別為：1.485、1.755和2.16；《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219-2014）中2γf分別為1.6、2.0和2.5。

與《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5219-2005）相比，《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219-2014）的樁基安全系數(shù)對應(yīng)分別提高了7.7%、13.9%和15.7%。2005年～2014年之間設(shè)計的輸電線路樁基具備良好的運(yùn)行經(jīng)驗，說明原先的設(shè)計方法和安全裕度滿足要求。而對這一提高比例，《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219-2014）并未做出合理和準(zhǔn)確的分析及計算。只是在9.4.2條的條文解釋中提到：對于大轉(zhuǎn)角塔和終端塔，因樁基所受的長期荷載可能占最大拉拔荷載設(shè)計值的50%～90%，因此必須考慮長期荷載的影響，美國《輸電結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計及試驗導(dǎo)則》［9］專門討論了長期荷載作用下樁的抗拔力這一關(guān)鍵問題。

筆者查閱美國《輸電結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計及試驗導(dǎo)則》發(fā)現(xiàn)，并未有關(guān)于樁基長期荷載作用下樁的抗拔力這一問題的討論。

4 建議

1.目前，輸電線路標(biāo)準(zhǔn)基本遵循了《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50153-2008）中的規(guī)定，總體質(zhì)量過程是可控和安全的，建議進(jìn)一步具體明確設(shè)計使用年限取值及對應(yīng)的荷載調(diào)整系數(shù)，并增加結(jié)構(gòu)的破壞類型，給出可靠指標(biāo)取值。

2.與《架空送電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》（DL/T 5219-2005）相比，《架空輸電線路基礎(chǔ)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5219-2014）將樁基安全系數(shù)對應(yīng)分別提高了7.7%、13.9%和15.7%，有待進(jìn)一步研究并做出合理和準(zhǔn)確的分析及計算，以提供可靠的支撐依據(jù)。