陳山山

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 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，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)計技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5486—2020)(簡稱新規(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)計技術(shù)規(guī)定》(DL/T 5154—2012)。經(jīng)過計算對比分析，新舊規(guī)范對四地腳螺栓靴板式有加勁塔腳板計算方法有較大區(qū)別。本文通過對新舊規(guī)范關(guān)于四地腳螺栓靴板式塔腳板的抗拉承載力計算結(jié)果進(jìn)行對比分析，為新規(guī)范在未來工程設(shè)計中的應(yīng)用提供參考。

1 新舊規(guī)范塔腳板計算公式對比

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

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

圖1 舊規(guī)范四地腳螺栓塔腳板計算模型

舊規(guī)范對于四地腳螺栓受拉塔腳板計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)計結(jié)果偏于保守。從工程實(shí)踐來看，無論是安全運(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)則對四地腳螺栓靴板式有加勁塔腳板計算公式進(jìn)行了優(yōu)化，認(rèn)為對角區(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計算結(jié)果的大值，并按下列公式進(jìn)行計算[2]：

t=max(t1，t2)

對于區(qū)隔Ⅰ：

對于區(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算模型

通過對比計算模型及公式，新舊規(guī)范都是將塔腳板分為4個區(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)隔尺寸來控制；且不考慮加勁板對塔腳板承載力的加強(qiáng)作用，加勁板不參與計算，制圖時加勁板尺寸及規(guī)格僅根據(jù)設(shè)計人員常規(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角區(qū)隔尺寸影響，新規(guī)中對于工程中常用的靴板式有加勁塔腳板的計算考慮了加勁板的加強(qiáng)作用；且對加勁板的構(gòu)造給出了具體要求，即加勁板的長高比為0.5～1.0，厚度取靴板厚度的0.6～0.7倍。同時，新規(guī)認(rèn)為靴板式塔腳板受壓時，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算。

2 新舊規(guī)范塔腳板計算結(jié)果對比

現(xiàn)將不同規(guī)格地腳螺栓對應(yīng)的塔腳板構(gòu)造尺寸及厚度計算結(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計算結(jié)果，在相同拉力條件下，新規(guī)塔腳板計算厚度較舊規(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)范塔腳板厚度計算對比

3 新舊規(guī)范塔腳板計算公式優(yōu)劣對比

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

但對于新規(guī)范計算公式，因山地塔為適應(yīng)地形需要須做長短腿設(shè)計，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)范給出的計算模型圖示又有出入，且加勁板傾斜處理后，其對塔腳板是否有足夠的加強(qiáng)作用不得而知，這時規(guī)范公式的適用性又需進(jìn)一步考慮。若根據(jù)不同接腿計算不同的塔腳坂，因每個塔型長短腿合計有數(shù)十個之多，這不僅會大大增加設(shè)計人員的計算工作量，也不符合鐵塔通用設(shè)計理念。

圖3 傾斜式加勁板示意

4 結(jié) 論

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

(1) 新舊規(guī)范都是將塔腳板分為4個區(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)計原則。

(2) 在考慮了加勁板的有利作用后，新規(guī)范塔腳板計算厚度較小，新規(guī)范較舊規(guī)范計算結(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算方法及處理原則，對長短腿塔腳板的計算缺乏通用性，新規(guī)范的實(shí)施會增加設(shè)計人員的計算工程量。