基于区格法的输电塔有加劲塔脚板强度分析

俞登科，任吉华，段松涛，邢月龙

(1．电力规划总院有限公司，北京 100120；2．潍坊五洲鼎益铁塔有限公司，山东 安丘 262100；3．浙江省电力设计院有限公司，浙江 杭州 310012)

基于区格法的输电塔有加劲塔脚板强度分析

俞登科1，任吉华2，段松涛1，邢月龙3

(1．电力规划总院有限公司，北京 100120；2．潍坊五洲鼎益铁塔有限公司，山东 安丘 262100；3．浙江省电力设计院有限公司，浙江 杭州 310012)

DL/T5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》对Ⅰ型塔脚板提出了两种不同的计算方法，而未提及Ⅱ型塔脚板。为此通过采用区格法对具体算例进行分析，结果表明：规范针对Ⅰ型塔脚板所提两种计算方法并不等价，建议在工程设计中选取方法一；区格法简单、高效，将其拓展应用于Ⅱ型塔脚板切实可行。

输电塔；塔脚板；加劲肋；区格法。

1 概述

塔脚板作为连接输电铁塔上部结构和基础之间的重要构件，其计算的准确性和完备性将直接影响铁塔和线路的安全与可靠。随着近些年电压等级和输电容量的大幅提高，输电铁塔所承受荷载也相应提升明显。在实际工程应用中，塔脚板由一开始的无加劲肋板发展到有加劲肋板，地脚螺栓数量也从4个增加至8个甚至更多。

4个地脚螺栓无加劲塔脚板强度的计算公式来源于意大利SAE公司。该公司经过一系列力学试验表明：在设计荷载作用下，塔脚板的变形小于1.0 mm；在极限荷载作用下，底板变形小于1.5 mm。

4个地脚螺栓有加劲塔脚板强度计算，受压时是按传统的计算公式；受拉时则采用了区格法计算公式，此公式是在东北电力设计院推荐公式基础上，进行了一定修正。8个地脚螺栓塔脚板计算，当没有布置加劲板时，其强度的计算公式与4个地脚螺栓无加劲板的计算公式一致；当布置有加劲板时，DL/T5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(以下简称《杆塔规定》)7.5.3条指出：强度可按照三边固端、一边自由进行计算，也可按照图示1/3区域的受力范围进行计算。

《杆塔规定》中对于8个地脚螺栓有加劲塔脚板，提出了两种可选区格计算方法，然而对这两种方法的适用性与等价性并未作进一步的对比分析；且所提计算方法只是针对Ⅰ型塔脚板，而对实际工程应用中常用的Ⅱ型塔脚板并未作任何计算规定。因此有必要对其进行深入研究。

2 区格法简述

图1 4个地脚螺栓有加劲塔脚板

4个地脚螺栓有加劲塔脚板(图1)强度计算最早采用东北电力设计院提出的推荐计算公式，由于该公式欠缺合理理论推导且存在一定的缺陷，《杆塔规定》提出了区格法。将有加劲塔脚板视为直角边支承的板受弯问题，按照《钢结构设计手册》等的相关规定，当板上荷载等效为均布荷载时，其弯矩计算式为：

对于等直角边，α等于0.06，当地脚螺栓处于区格中心时，其集中荷载产生的弯矩等效于均布荷载产生的弯矩，当地脚螺栓与支座(肋板)距离大于区格边长的一半时，其弯矩与地脚螺栓与支座(肋板)距离成正比，由此可推出区格弯矩：

当Yi＜0.5bi时，取Yi=0.5bi。

式中： T为塔脚板上作用的拉力(N)； N为塔脚板宽度(mm)；Yi为第i个区格地脚螺栓中心至主角钢的距离(mm)； b为第i个区格的宽度(mm)；

3 8个地脚螺栓有加劲Ⅰ型塔脚板

《杆塔规定》给出了见图2Ⅰ型塔脚板的两种计算方法。

图2 8个地脚螺栓有加劲Ⅰ型塔脚板

算例1：

S1=150mm，S2=150mm

T=7073kN，f=0.25kN/mm2

B=1200mm。

(1)方法一：按照区格中1/3受力范围对塔脚板强度进行计算。

弯矩计算式为：

方法二：按照三边固端、一边自由对塔脚板强度进行计算。

对于三边支承板，其弯矩计算式为：

查表得到：β=0.112。

可见，《杆塔规定》所提两种算法并不等价，且方法二中计算得到的底板厚度要明显小于方法一中计算所得。造成这一结果的主要原因在于方法二中存在两个强假定：(1)视区格为三边支承板；(2)将集中荷载等效为均布荷载。

然而通常加劲肋的厚度、高度取值与靴板相比小不少，即加劲肋的刚度相对较弱，其所起到的支承作用也要弱于靴板，不能将其视为与靴板一致的固端支承。其次，由于塔脚板有8个地脚螺栓，其区格相对较小，此时将集中荷载等效为均布荷载，会产生较大的误差。因此，建议针对8个地脚螺栓有加劲Ⅰ型塔脚板采用方法一计算塔脚板强度。

4 8个地脚螺栓有加劲Ⅱ型塔脚板

实际工程中常用图3所示的8个地脚螺栓有加劲Ⅱ型塔脚板。《杆塔规定》中并未给出此类塔脚板强度计算公式。采用方法一计算，考虑加劲肋的刚度较靴板刚度弱，建议加劲肋承担相对较小荷载，而靴板承担相对较大荷载。现阶段可暂按加劲肋板承担1/5～2/5荷载，靴板承担3/5～4/5荷载进行包络估算，加劲肋板和靴板承担荷载精确比例关系有待下阶段进一步深入研究。

算例2：

S1=185 mm，S2=195 mm

图3 8个地脚螺栓有加劲Ⅱ型塔脚板

S3=185 mm，S4=27 mm

T=6959kN，f=0.25kN/mm2

B=1130mm。

按照加劲肋板承担1/5～2/5荷载，靴板承担3/5～4/5荷载进行计算。

对加劲肋板边：

对靴板边：

因此，可取：t3=91.38 mm 。

5 建议

(1)在对8个地脚螺栓有加劲Ⅰ型塔脚板进行强度计算时，《杆塔规定》所提两种方法并不等价。若将区格视为三边支承，且把集中荷载等效为区格内的均布荷载，会产生较大误差，建议按照区格的1/3受力范围进行计算。

(2)针对8个地脚螺栓有加劲Ⅱ型塔脚板，若按集中荷载进行强度计算，需考虑加劲肋因刚度较弱而承担较小荷载，靴板承担较大荷载。两者承担荷载精确比例关系有待下阶段进一步深入研究。

[1] 俞登科．±800 kV直流双柱悬索拉线塔-线体系风致振动研究[D]．重庆：重庆大学，2014．

[2] 李正良，等．特高压拉线式悬索塔风洞试验研究[J]．特种结构，2014，31(4)．

[3] 俞登科，等．拉线初张力对特高压双柱悬索拉线塔受力性能影响的风洞试验研究[J]．振动与冲击，2015，34(13)．

[4] 俞登科，等．±800 kV直流双柱悬索拉线塔塔线体系风振响应的风洞试验研究[J]．中国电机工程学报，2015，35(4)．

[5] DL/T 5154-2002，架空送电线路杆塔结构设计技术规定 [S]．

[6] DL/T 5154-2012，架空输电线路杆塔结构设计技术规定 [S]．

[7] 《钢结构手册》编辑委员会．钢结构设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社．2004．

[8] 张殿生．电力股长高压送电线路设计手册[M]．北京：中国电力出版社，2002．

[9] 陈绍蕃．钢结构设计原理[M]．北京：科学出版社，2005．

Strength Analysis of Tower Footing Plate with Stiffening in Transmission Tower Based on Lattice Method

YU Deng-ke1, REN Ji-hua2, DUAN Song-tao1, XING Yue-long3
(1. Electric Power Planning ＆Engineering Institute Co., Ltd, Beijing 100120, China; 2. Weifang Wuzhou Dingyi Steel Tower Co., Ltd, Anqiu 262100, China; 3. Zhejiang Electric Power Design Institute Co., Ltd, Hangzhou 310012, China)

DL/T5154—2012 technical code for the design of tower and pole structures of overhead transmission line provides two different calculating methods for Type I tower footing plate without mentioning Type II. Therefore, the lattice method is introduced to study on it. The analysis of numerical examples indicates that: (1)the two calculation methods for Type I are not equivalent, so it is recommended to select method 1 in engineering design; (2)being very simple and effective, the lattice method can be applied to Type II tower footing plate.

transmission tower; tower footing plate; stiffening rib; lattice method.

TM75

B

1671-9913(2017)02-0042-03

2016-10-14

俞登科(1987- )，男，浙江诸暨人，博士，从事输电线路方面的研究。