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第44卷增刊武汉大学学报(工学版)Vol.44Sup.2011年10月EngineeringJournalofWuhanUniversityOct.2011文章编号:1671-8844(2011)S1-0162-10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,获得了我国现行规范与国外规范(ASCE74-2009、ASCE10-97、IEC60826:2003、EN50341-1:2002等规范)安全度设置水平差异的定量数据,可供国内同行借鉴和参考.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:AComparisonofsafetysettinglevelindesigncodesofoverheadtransmissionlinesinChinaandabroadHOUJianguo,XUBin,DONGDai,XIAOLong(SchoolofCivilandArchitecturalEngineering,WuhanUniversity,Wuhan430072,China)Abstract:Inordertolearnfromtheadvancedexperiencesfromtheforeignoverheadtransmissionlinecodes,accordingtothecollectedrelevantdocuments,thispapersystematicallycomparesthebasicde-signprinciples,windandiceloadvaluesandtheirloadcombinationsandsafetysettinglevelsofdesigncodesaboutoverheadtransmissionlinesinChinaandabroad.ThequantitativedataofthedifferencesofsafetysettinglevelbetweenChinacurrentcodesandforeignspecifications(ASCE74-2009,ASCE10-97,IEC60826:2003,EN50341,etc.)aregotalso.Theresultscouldbeavailablefordomesticpeopleofsameoccupationasareference.Keywords:overheadtransmissionlines;iceload;windload;returnperiod;safetysettinglevel在建筑市场激烈竞争日益国际化的今天,国内设计原则和冰、风荷载的取值标准及其荷载组合规电力设计院和电力建设公司的涉外工程越来越多,定与安全度设置水平等进行系统研究的还较少.但由于相关技术人员对国外的相关设计标准不是本文选取了几本国内外具有代表性的架空输太熟悉,因而对参与国际化的市场竞争带来一些不电线路设计规范,从分项系数设计表达式的相当安利的影响.在架空输电线路设计领域,国内已有很全系数的角度,对国内外架空输电线路设计规范的多学者利用结构可靠度理论,对架空输电线路结构基本设计原则和冰、风荷载的取值标准及其荷载组的可靠度和相应的安全度设置水平作了大量的研合规定与安全度设置水平等进行了较为深入和系[1-5]究工作,但从分项系数设计表达式的相当安全统的比较研究,获得了我国现行规范与国外相关规系数的角度,对国外架空输电线路设计规范的基本范安全度设置水平差异的定量数据,可供国内同行作者简介:侯建国(1955-),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,E-mail:jghou@whu.edu.cn.
增刊侯建国,等:国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较163借鉴和参考.参与分析比较的国内外相关规范主要Q/CSG11502-2008《110~500kV架空输电线路[24]有:中国规范GB50545-2010《110kV~750kV架设计技术规定(暂行)》等.[6]空输电线路设计规范》和DL/T5440-2009《重覆1.1.2国际电工委员会(IEC)的架空输电线路设[7]冰架空输电线路设计技术规程》及DL/T5154-计规范体系[8]2002《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》等;国际电工委员会第11技术委员会(IEC美国规范ASCEMOP74-2009《输电线路结构荷载TC11),从20世纪70年代开始对架空输电线路设导则》(GuidelinesforElectricalTransmission计标准进行了国际间的广泛研讨,于1991年颁布[9]LineStructuralLoading)和ASCE10-97(2000)了IEC60826:1991《架空输电线路荷载和强度》《输电线路角钢塔结构设计》(DesignofLatticed(Loadingandstrengthofoverheadtransmission[10][25]SteelTransmissionStructures)等;国际电工协lines);2003年在总结实践经验的基础上,进一会标准IEC60826:2003《架空输电线路设计标准》步修订并颁布了IEC60826:2003《输电线路结构[11](DesignCriteriaofOverheadTransmission设计规范》.IEC60826:2003为英语和法语双语[11]Lines);欧洲规范EN50341-1:2001“Overhead版,旨在作为国际电工界基础性的设计标准,可以electricallinesexceedingAC45kV.Part1:Gen-直接采用,也可以供各国修订本国相应标准时参[12]eralrequirements.Commonspecifications”等.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1国内外规范设计方法的比较提供一个大体的框架.1.1国内外架空输电线路设计规范简介1.1.3美国的架空输电线路设计规范体系1.1.1中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,中国架空输电线路设计的标准体系分为国家因此电压等级较多,从110kV到765kV就有8标准、行业标准和企业标准等.个电压等级.但美国的架空输电线路设计标准体系中国架空输电线路设计的国家标准主要有较为完善,协调性好,国际化程度高,主要由以下4[6][26]GB50545-2010以及GB50061-2010《66kV及以部分组成:[13]下架空电力线路设计规范》等.1)国家法规和安全规定执行美国国家电力规中国架空输电线路设计的行业标准主要有定NEC(NationalElectricalCodeofUSA,NEC)DL/T5154-2002《架空送电线路杆塔结构设计技和美国国家电力安全规范NESC(NationalElectri-[8]术规定》、DL/T5130-2001《架空送电线路钢管calSafetyCodeofUSA,NESC).[14]杆设计技术规定》、DL/T5219-2005《架空送电2)电气部分以IEC60826标准为主,在IEC标准[15]线路基础设计技术规定》、DL/T5440-2009《重不适用时采用相应的英国标准或美国国家标准.[7]覆冰架空输电线路设计技术规程》、DL/T899-3)结构设计以美国土木工程协会ASCE标准[16]2004《架空线路杆塔结构荷载试验》、DL/T(AmericanSocietyofCivilEngineers,ASCE)[27]5217-2005《220kV~500kV紧凑型架空送电线路ASCE74-2009、ASCE10-97、ASCE48-05等为[17]设计技术规定》等.主,还可参考美国钢结构协会AISC标准(Ameri-中国架空输电线路的企业标准主要有国家电canInstituteofSteelConstruction,AISC)AISC[28]网公司的Q/GDW178-2008《1000kV交流架空360-05及美国混凝土协会ACI318标准ACI[18][29]输电线路设计暂行技术规定》、Q/GDW179-318M-08.2008《110~750kV架空输电线路设计技术规4)杆塔材料执行美国测试和材料协会ASTM[19]定》、Q/GDW180-2008《66kV以下架空电力线(AmericanSocietyforTestingandMaterials,[20]路设计技术规定》、Q/GDW181-2008《±500ASTM)的系列标准.[21]kV直流架空输电线路设计技术规定》、Q/GDW1.1.4欧盟的架空输电线路设计规范体系182-2008《中重冰区架空输电线路设计技术规欧盟于1972年成立欧洲电工标准化委员会[22]定》以及中国南方电网公司的Q/CSG11503-(EuropeanCommitteeforElectrotechnicalStand-[23]2008《中重冰区架空输电线路设计技术规定》、ardization,CENELEC),宗旨是协调各国的电工标
164武汉大学学报(工学版)第44卷准,以消除贸易中的技术壁垒,制定统一的IEC范电线路设计规范中,在基本设计原则方面,均采用围外的欧洲电工标准,实行电工产品的合格认证制了以概率理论为基础的极限状态设计法,用失效概度.由于协调各个国家的标准需要较长的时间,加率或与之相对应的可靠指标度量结构构件的可靠之建筑行业的钢结构设计规范于1993年才开始试度,按分项系数设计表达式进行设计.行,因此,欧盟统一的架空输电线路设计规范一直IEC60826、ASCE74-2009和EN50341分项到2001年10月才正式发行,即为现行欧盟规范系数设计表达式均设置了2种分项系数,分别是荷EN50341:2001.载分项系数γ(包括永久荷载分项系数γG、可变荷与美国各规范分类较详细的特点不同,EN载分项系数γQ)和材料性能(或抗力)分项系数γM50341:2001内容涵盖较广,包括输电线路的荷载(或φ);我国规范GB50545-2010承载能力极限状规定以及结构设计和电力设计等各方面的内容,从态的分项系数设计表达式,除设置了荷载分项系数设计原则到细部结构设计应有尽有.EN50341:γG、γQ和材料性能分项系数γR外,还按不同的结2001包括英语、德语和法语3个版本,各个国家再构安全级别及荷载组合工况分别设置了结构重要根据本国的实际情况依照EN50341:2001进行小性系数γ0及可变荷载组合系数ψ.幅度的修订,形成本国的规范,并在名称前面加上国外规范冰、风荷载分项系数的取值与重现期本国的简写,如芬兰规范为SFS-EN50341:2001;有关,我国规范GB50545-2010则没有考虑重现期英国规范为BS-EN50341:2001,而英国本国较早对荷载分项系数的影响.各国规范分项系数的取值的一个架空输电线路标准则为BS8100-1:1986《格见表1.由表1可以看出,单从荷载分项系数的取[30]构式塔和桅杆》(Latticetowersandmasts).值来看,我国规范规定的荷载分项系数取值,除个1.2国内外架空输电线路设计规范设计方法比较别情况下与国外规范IEC60826、ASCE74-20091.2.1设计原则及分项系数取值的比较和EN50341基本持平外,绝大多数情况下,普遍目前所收集到的国内外具有代表性的4套输高于国外规范规定的荷载分项系数.表1国内外规范分项系数的取值EN50341规范代号GB50545-2010IEC60826ASCE74-2009常规法经验法结构重要性1.1(Ⅰ级);未设置未设置未设置未设置系数γ01.0(Ⅱ级);0.9(Ⅲ级)永久荷载分1.2(不利)、1.2(不利);1.0(有利)1.01.01.0项系数γG1.0(有利)1.0(50年);0.85(25年);1.0(50年);1.0(50年);风荷载分项1.41.1(150年);1.15(100年);1.3(200年);1.2(150年);1.3系数γw1.2(500年)1.45(400年)1.4(500年)1.0(50年);0.85(25年);1.0(50年);1.0(50年);覆冰荷载分1.41.15(150年);1.25(100年);1.5(200年);1.25(150年);1.3项系数γi1.3(500年)1.85(400年)1.5(500年)1.0(正常运行)、0.90.4(极值冰+组合值系数(断线、安装、不均匀覆冰)、未设置未设置伴随风)、0.34未设置ψ0.75(验算)(极值风+相应覆冰)γR=1.087(Q235)材料或抗力φ与置信概率及γR=1.111φ=0.9γR=1.1分项系数变异系数有关(Q345,Q390)1.2.2结构安全级别及气象荷载重现期的比较安全级别,不同安全级别的安全度设置水平通过结我国规范DL/T5092-1999和DL/T5154-构重要性系数来反映.国外规范IEC60826、ASCE2002按照电压等级(分为110~330kV、500kV和74-2009和EN50341等也将输电线路划分了不同750kV)和线路种类(分为一般线路、临时性线路的安全级别或可靠性级别,与我国规范有所不同的和其他线路)的不同,将输电线路划分为3个结构是,国外规范输电线路的安全级别与冰、风荷载的
增刊侯建国,等:国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较165重现期有关,如表2所示.50341主要考虑3种设计工况:气象荷载工况(类似1.2.3荷载组合及其设计工况的比较于我国规范的正常运行工况)、施工和维修工况(类目前所收集到的国内外具有代表性的4套输电似于我国规范的安装工况)、与结构安全有关(防止线路设计规范中,对杆塔设计工况均分类表述.我国失效)的故障工况:防止事故荷载,如断线或不均匀规范将设计工况分为正常工况、安装工况、断线工况覆冰荷载(类似于我国规范的断线工况).ASCE74-和不均匀覆冰工况及验算覆冰工况,在每一个设计2009比IEC60826则多了一个法定荷载工况.国内工况里考虑若干不同的荷载组合.IEC60826和EN外规范设计工况的大致对应关系见表3.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国别规范名重现期(安全级别)GB50545-2010750kV、500kV线路50年重要线路(Ⅰ级);其他线路中国110~330kV线路30年(Ⅱ级);临时线路(Ⅲ级)荷载规范GB50009-2001基本风压10年、50年、100年国际IEC60826安全级别与重现期有关50年(1级)、150年(2级)、500年(3级)ASCE74-200925年(1级)、50年(2级)、100年(3级)、美国安全级别与重现期有关ASCE7-10200年(4级)、400年(5级)欧盟EN50341安全级别与重现期有关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GBEN50341IEC60826ASCE74-200950545-2010常规法经验法正常运行工况气象荷载工况气象荷载工况气象荷载工况正常运行工况安装工况施工和维修工况施工和维修工况施工和维修工况施工和维修工况断线工况故障工况故障工况故障工况故障工况不均匀覆冰工况验算覆冰工况法定荷载工况1.2.4气象荷载标准值取值的比较2009、EN50341与我国规范GB50545-2010在国外规范IEC60826、ASCE74-2009和EN不同高度、不同地形特征类别下导线风荷载标准50341都是以冰、风荷载的长期观测资料为基础,值及杆塔风荷载标准值的比值,见表4;对于覆冰假定冰、风荷载服从某一概率分布类型,按其概率荷载,根据我国规范和国外规范规定的不同高度分布的某一不利分位值用概率统计方法确定.我国处覆冰荷载的换算公式和换算系数,及按我国覆规范除风荷载具有较长期的观测资料,可按概率统冰统计资料计算的不同重现期的换算系数,以我计方法确定外,冰荷载(设计覆冰厚度)由于缺乏长国规范规定的离地面10m高、50年重现期和导期的覆冰观测数据,多按相邻已运行线路的运行资线直径为30mm的覆冰厚度对应的覆冰荷载为料和经验来确定设计冰厚,缺乏长期观测数据的支基准,近似求得各国规范与我国规范覆冰荷载标撑和数理模型的推算.见表4和表5.准值的比值,见表5.为了定量比较国内外规范风荷载标准值和覆另外,由于国外规范与我国规范对于冰、风荷冰荷载标准值的差异,假定50年重现期下10m高载组合的情况下,对应的风速取值不一致,因此,对度处10min平均时距的基本风速为V0,根据各国于冰、风荷载组合时国外规范与我国规范风荷载标规范对导线风荷载和杆塔风荷载标准值的计算规准值的比值α′w与αw不同.对于α′w的取值,本文采定的不同,假定各国规范规定的导线的直径d、档用与求αwx类似的方法,计算结果见表5.由于我国距L、杆塔高度和风速方向等基本参数相同,以我规范覆冰时风速的折减系数与冰区有关,故本文求国规范50年重现期的基本风速为基准,分别对得的α′w的取值与冰区有关.国内外规范规定的不同高度、不同地形特征类别值得指出的是,在计算国内外规范的安全度设下,导线风荷载和杆塔风荷载的标准值进行了大置水平时,为简化计算,统一取导线风荷载效应和量计算,由此求得国外规范IEC60826、ASCE74-杆塔风荷载效应两者的加权平均值作为国外规范
166武汉大学学报(工学版)第44卷与我国规范风荷载标准值的比值,所加的权重分别为0.65和0.35.表4国内外输电线路规范风荷载的比较规范代号GB50545-2010IEC60286:2003ASCE74-2009EN50341基准高度/m10101010基本平均时距/min10100.0510风速30(110~330kV)统计重现期/年50505050(500~750kV)C类(与我国Ⅱ类(与我国地面粗糙类别B类B类B类对应)B类对应)风速样本年最大风速年最大风速阵风风速平均风速或阵风风速风速概率分布模型耿贝尔极值Ⅰ型耿贝尔极值Ⅰ型耿贝尔极值Ⅰ型耿贝尔极值Ⅰ型风压高度变化α风速高度变化VVZ=VR(Z/10)h/VR(Ⅱ)=地形和高度影响系数μZVR=KRVRB系数KzkTln(h/Zo)风载体导线1.2(d≤17)、1.1(d>17)1.01.01.0型系数杆塔与实积比有关与实积比有关与实积比有关与实积比有关动力特性风荷载调整系数综合风载系数阵风响应系数阵风响应系数风荷载标准值比值αw1.01.577(1.493)*1.330(1.264)*1.713(1.625)*注:*括号内为βc=1.2的情况,括号外为βc=1.0的情况.表5国内外输电线路规范覆冰荷载的比较规范代号GB50545-2010IEC60826:2003ASCE74-2009EN50341-1基准高度/m1010101050(500kV~750kV);重现期/a50505030(330kV及以下)标准覆冰观测导线直径/mm未规定30未规定30荷载观测导线跨度/m未规定未规定未规定100根据相邻已运行线路提供了美国50年的采用概率统计覆冰荷载的确定根据统计资料确定的资料和经验确定覆冰厚度分布图模型来确定设计覆按重现期、地形、按重现期、直径、按重现期、地形、按重现期、高度、覆冰厚度修正冰荷载高程、线径修正高度修正高度修正直径、档距修正冰、风组合时V=(0.6~0.85)V50Vp=(0.55~0.65)V50V=(0.39~1.0)V50V=(0.33~0.67)V50的风速取值V=(0.4~0.5)V1Vb=(0.70~0.85)V50轻冰区1.01.9472.2813.911冰、风荷载组合时风荷载标中冰区1.01.3471.5192.603准值比值α′w重冰区1.00.5500.6131.056覆冰时的气温/℃-5-5-10-5覆冰荷载标准值比值αi1.01.1510.9311.0注:V50表示50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风速.当安全系数的角度来进行比较.2国内外架空输电线路结构安全度2.1相当安全系数的计算公式设置水平的比较由分项系数设计表达式及各分项系数的取值,研究结构设计规范的安全度设置水平,科学合经过简单的数学推演,可以方便地写出与分项系数理的做法应从结构的失效概率或可靠指标或相当设计表达式相对应的相当安全系数的计算公[31-32]安全系数的角度进行分析.相当安全系数是基于分式.当仅考虑永久荷载与一种可变荷载(如风项系数设计表达式求得的安全系数.为便于直观地荷载)的简单组合时,相当安全系数的计算公式为比较国内外规范安全度设置水平的差异,本文从相K=Rk/Sk=KS/KR(1)
增刊侯建国,等:国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较167γG+γwαwαwTρQ[βcρw+(1-ρw)]值ρQ2以及这种组合工况下的风荷载与永久荷载KS=γ0·(2)1+ρQ的效应比值ρQ1,本文选取了一座有代表性的500KR=αR/γR或KR=φαR(3)kV输电杆塔结构,采用大型有限元分析软件AN-ρQ=Swk/SGk(4)SYS,对杆塔结构设计中的覆冰荷载效应与永久荷当考虑永久荷载和两种可变荷载(如风荷载和载效应ρQ2以及风荷载效应与永久荷载效应的比覆冰荷载)参与组合时,式(2)应改用下式计算:值ρQ1进行了大量计算,求得ρQ2在-1.582~KS=γ0γG+ψ1γwαwxαwTρQ1+ψ2γiαiαiTρQ2(5)2.395之间;风荷载效应与永久荷载效应的比值ρQ11+ρQ1+ρQ2在-4.527~4.535之间.在ρQ1和ρQ2的计算数值/S;/S(6)ρQ1=SwkGkρQ2=SskGk中,负值表示冰、风荷载产生的效应值与永久荷载式中:SGk为永久荷载效应标准值;Swk为风荷载效产生的效应值符号相反.结构设计或结构安全度计应标准值;Rk为结构构件的抗力标准值;Sk为作用标算时,应考虑最不利荷载效应的组合,对某一截面准值;KS为相当作用系数;KR为相当抗力系数;ρQ而言,当两种荷载产生的效应值符号相反时,效应为风荷载效应标准值与永久荷载效应标准值的比值叠加时相减,对结构受力不属于最不利的情况,值;ρw为导(地)线风荷载效应与风荷载总效应的比故在输电线路杆塔结构构件的安全度计算中,仅取值;αwT为我国现行规范不同重现期基本风压的换ρQ1和ρQ2为正值的情况计算.根据ρQ1和ρQ2的计算系数;αiT为我国现行规范不同重现期覆冰荷载的算结果,为简化计算,对于工况二,本文分别取ρQ1换算系数;Ssk为覆冰荷载的效应标准值;αi为国外=1.0、2.0、3.0、4.0、5.0,ρQ2=0.5、1.0、1.5、规范与我国规范覆冰荷载标准值的比值;ρQ1为覆冰2.0、2.5进行计算,导线、地线风荷载效应与风荷荷载参与组合时,风荷载效应与永久荷载效应的比载总效应的比值ρw仍按最大风荷载参与组合时的值;ρQ2为覆冰荷载效应与永久荷载效应的比值;αR情况考虑,即取ρw=0.5、0.6、0.7和0.8共4种.为反映中外规范抗力计算模式差异的系数.2.2.2αwT和αiT的取值假定我国规范GB50545-2010的相当安全系为便于比较不同重现期下基本风压的差别,本数为K0,其余国外规范的相当安全系数为K1,则文以50a重现期的基本风压和覆冰荷载为基准,国外规范与我国规范相当安全系数的差值可按下求得不同重现期基本风压与50a重现期基本风压列公式计算:的换算系数αwT以及不同重现期覆冰厚度与50aD=(K重现期覆冰厚度的比值αiT,结果见表6.1-K0)/K0(%)(7)表6冰、风荷载不同重现期之间的转换2.2相当安全系数的计算条件重现期T/a153050100为简化计算,同时也为了反映结构的实际安全αwT0.80230.91671.00001.1124度水平,本文取正常运行工况下的两种荷载组合进αiT0.81130.92051.00001.1074行计算.工况一:基本风速(无冰、未断线);工况二:2.2.3αR的取值设计覆冰+相应风速及气温(未断线).计算相当安全系数时,所选择的几种典型基本2.2.1荷载效应比值构件及其受力情况是:轴心受拉构件、轴心受压构1)工况一下的荷载效应比值.对于输电线路件和受弯构件.为了保证规范的可比性,计算中假杆塔结构,大量的计算结果表明,工况一时,风荷载定国内外规范材料的强度等级相同以及构件的截效应与永久荷载效应的比值ρQ在3.3~8.3之间面尺寸相同等.下面以轴心受拉构件来说明αR的[33-34]变化.为简化计算,组合工况一,本文取ρQ=计算方法.4.0、5.0、6.0、7.0、8.0.据工程设计经验,导线、地我国规范规定的计算公式为:线风荷载效应与风荷载总效应的比值ρw一般在N≤mfAn(8)[33-34]0.5~0.8之间.为简化计算,本文在相当安全则Rk=mfyAn(9)系数的计算中,取ρw=0.5、0.6、0.7和0.8.根据美国规范轴心受拉净截面屈服计算公式:杆塔结构设计中的常遇风速,取βc=1.2.N≤fyAn(10)2)工况二下的荷载效应比值.在考虑工况二fyAn1则αR==(11)时,限于目前尚缺乏覆冰荷载与永久荷载的效应比φmfyAnφm
168武汉大学学报(工学版)第44卷欧盟规范轴心受拉毛截面屈服计算公式:2.3相当安全系数的计算结果与分析N/Ag≤fy/rM0(12)2.3.1不考虑抗力计算模式时的相当安全系数fyAg1Ag由于IEC标准未给出杆塔结构基本构件的相则αR==(13)mfyAnmAn关计算规定,考虑到各种基本构件的抗力计算公式计算中取An=0.9Ag.虽然是不同的,但由杆塔结构各种基本构件相当安其他构件依此类推,结果见表7.有关公式的全系数的推导过程可知,在一定简化的基础上,考推导主要参考文献[35].对于表7中轴心受压稳定虑不同荷载参与组合时,各种基本构件相当安全系和受弯稳定,美国规范没有明确给出稳定系数φA数的计算公式是完全相同的.因此,为了使各国规和φLT,但经过一定的推导和转换,可以得出φA和范比较的起点一致,本节在计算基本构件不同工况[35]φLT的相当值.下的相当安全系数时,不区分不同类型的结构构表7抗力计算模式系数αR的计算结果件,即取αR=1.构件类型RαR1)工况一的相当安全系数k美国规范欧盟规范为使得国内外规范相当安全系数相互比较的轴心受拉mfyAn1/(φm)Ag/(mAn)起点相同,以我国规范规定的50a重现期为基准,轴心受压φcmNAfyφA/(φφc)χ/φc受弯mMWfyφLT/(φmM)χLT/mM分别将各国规范各个重现期的相当安全系数与之比较,计算结果见表8.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结构安全级别Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级规范代号重现期/a风载调整系数βc11.211.211.2GB50545-201050K01.6381.8231.4891.6581.341.42K11.11225D/%-32.11-39.00-25.32-32.93-17.01-21.69K11.28250D/%-21.73-29.68-13.90-22.68-4.33-9.72K11.452ASCE74-2009100D/%-11.36-20.35-2.48-12.428.362.25K11.621200D/%-1.04-11.088.87-2.2320.9714.15K11.791400D/%9.34-1.7620.288.0233.6626.13K11.65750D/%1.16-9.1111.28-0.0623.6616.69K11.806IEC60826150D/%10.26-0.9321.298.9334.7827.18K11.955500D/%19.357.2431.3017.9145.9037.68K11.76850D/%7.94-3.0218.746.6331.9424.51K12.089EN50341-1150D/%27.5314.5940.3026.0055.9047.11K12.41500D/%47.1332.2061.8545.3679.8569.72由表8可以看出:比美国规范的高,略低于欧盟规范常规法的相当安①对于I级结构,50a重现期,βc=1.0时,我全系数;βc=1.2时,我国规范的相当安全系数与国规范的相当安全系数与IEC标准的大致持平,大部分国外规范50a重现期的相当安全系数较为
增刊侯建国,等:国内外架空输电线路设计规范安全度设置水平的比较169接近,比美国规范的高,低于欧盟规范经验法50a=1.0时,我国规范50a重现期的相当安全系数除重现期的相当安全系数.但与国外规范其他重现期与美国规范100a重现期的相当安全系数大致持时的相当安全系数相比,βc=1.0时,我国规范50a平外,普遍低于国外规范其他重现期的相当安全系重现期的相当安全系数与美国规范200a重现期的数;βc=1.2时,我国规范50a重现期的相当安全相当安全系数大致持平;βc=1.2时,我国规范50a系数除与美国规范200a重现期的相当安全系数重现期的相当安全系数与IEC标准150a重现期以大致持平以及大于美国规范100a重现期下的相及美国规范400a重现期的相当安全系数大致持平;当安全系数以外,普遍低于国外规范其他重现期的其他情况下,我国规范50a重现期的相当安全系数相当安全系数.除大于美国100a重现期的相当安全系数以外,普遍2)工况二的相当安全系数小于其他规范其他重现期下的相当安全系数.由于在冰、风荷载组合时风速会折减,而各国②对于Ⅱ级结构,50a重现期,βc=1.0时,规范对风速折减的比例不同,导致工况二中采用的我国规范的相当安全系数除高于美国规范的相当α′w与αw不同,并与冰区有关,因此,本文在计算国安全系数外,均低于国外规范的相当安全系数.与内外规范工况二的相当安全系数时,按不同冰区分国外规范其他重现期时的相当安全系数相比,βc别进行计算,计算结果见表9.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重现冰区轻冰区中冰区重冰区规范代号期/a安全级别Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级Ⅰ级Ⅱ级Ⅲ级GB50545-201050K01.6221.4741.3271.6221.4741.3271.6221.4741.327K11.6021.2040.73225D/%-1.238.6820.72-25.77-18.32-9.27-54.87-50.34-44.84K11.651.2520.78150D/%1.7311.9424.34-22.81-15.06-5.65-51.85-47.01-41.15K11.7111.3130.842ASCE74-2009100D/%5.4916.0828.94-19.05-10.92-1.06-48.09-42.88-36.55K11.7721.3740.902200D/%9.2520.2233.53-15.29-6.783.54-44.39-38.81-32.03K11.8561.4590.987400D/%14.4325.9239.86-10.05-1.029.95-39.15-33.04-25.62K11.7491.3560.89450D/%7.8318.6631.80-16.40-8.012.19-44.88-39.35-32.63K11.9161.4840.976IEC60826150D/%18.1329.9944.39-8.510.6811.83-39.83-33.79-26.45K12.0841.6121.058500D/%28.4841.3857.05-0.629.3621.48-34.77-28.22-20.27K11.4241.1240.76950D/%-12.21-3.397.31-30.70-23.74-15.30-52.59-47.83-42.05K11.4961.1950.841EN50341-1150D/%-7.771.4912.74-26.33-18.93-9.95-48.15-42.94-36.62K11.5681.2670.912500D/%-3.336.3818.16-21.89-14.04-4.52-43.77-38.13-31.27由表9的计算结果可以看出:为接近,略大于欧盟规范50a重现期的相当安全①对于轻冰区,Ⅰ级结构,我国规范50a重现系数以外,普遍小于国外规范的相当安全系数;对期的相当安全系数与美国规范50a重现期及欧盟于Ⅲ级结构,我国规范50a重现期的相当安全系500a重现期的相当安全系数较为接近,略大于欧数远小于国外规范的相当安全系数.盟规范其他重现期的相当安全系数,普遍小于美国②对于中冰区,Ⅰ级结构,我国规范50a重现规范其他重现期和IEC标准的相当安全系数;对期的相当安全系数除与IEC标准500a重现期的于Ⅱ级结构,我国规范50a重现期的相当安全系相当安全系数较为接近外,普遍大于国外规范的相数除与欧盟规范150a重现期的相当安全系数较当安全系数;对于Ⅱ级结构,我国规范50a重现期
170武汉大学学报(工学版)第44卷的相当安全系数与美国规范400a和IEC标准1502.3.2考虑抗力计算模式时的相当安全系数a的重现期较为接近,略小于IEC标准500a重现根据相当安全系数的计算公式及计算条件,在期的相当安全系数,普遍大于国外规范其他重现期考虑抗力计算模式时的相当安全系数计算结果如的相当安全系数;对于Ⅲ级结构,我国规范50a重表10所示.另外,本文在考虑抗力计算模式时,只现期的相当安全系数与美国规范100a重现期和计算工况一的相当安全系数,对于工况二,可参照IEC标准50a重现期的相当安全系数较为接近,工况一时考虑计算模式与不考虑计算模式的相当普遍大于国外规范其他重现期的相当安全系数.安全系数变化规律,结合上节计算结果,得出相应③对于重冰区,我国规范50a重现期的相当的结论.受篇幅所限,本文只列出50a重现期的情安全系数远大于国外规范的相当安全系数.况.表1050a重现期下国内外规范构件相当安全系数比较轴心受拉轴心受压稳定受弯安全级别βc中国美国欧盟美国欧盟美国欧盟K0K1D/%K1D/%K1D/%K1D/%K0K1D/%K111.638-41.33-27.11-29.43-1.77-4.4650.61Ⅰ级0.9611.1941.1561.6091.5652.4671.21.823-47.28-34.50-36.59-11.74-14.1535.3311.489-35.46-19.81-22.368.065.1065.68Ⅱ级0.9611.1941.1561.6091.5652.4671.21.658-42.04-27.99-30.28-2.96-5.6148.7911.34023.66-28.28-10.9020.0716.7984.10Ⅲ级1.6570.9611.1941.6091.5652.4671.21.49211.06-35.59-19.977.844.8965.35由本文计算结果和表10可以看出:3主要结论①我国规范轴心受拉构件50a重现期的相当安全系数除个别情况与国外规范的轴心受拉构件通过对国内外架空输电线路规范的安全度设的相当安全系数持平外,普遍远大于国外规范的相置水平的对比分析,可以得出如下结论:当安全系数.这主要是由于我国规范考虑了构件强1)我国规范的输电线路级别与电压等级和线度折减系数m的原因.路种类有关,而国外规范输电线路的安全级别与②对于轴心受压构件,Ⅰ级构件,我国规范在冰、风荷载的重现期有关,因此,在进行输电线路安βc=1.0时,50a重现期的相当安全系数与美国规全度设置水平的比较时,应区分不同的重现期.范400a重现期以及欧盟50a重现期的相当安全2)在不考虑计算模式的差异时,对于工况一系数较为接近,相差1%左右,其他情况下我国规的Ⅰ、Ⅱ级构件,我国现行规范50a重现期的相当范的相当安全系数均高于国外规范的相当安全系安全系数与IEC规范50a重现期、欧洲规范50a数.对于Ⅱ级构件,我国规范在βc=1.0时,50a重重现期的相当安全系数较为接近;与美国规范相现期的相当安全系数与美国规范200a重现期的比,则分别相当于美国规范400a和200a重现期相当安全系数较为接近,相差2%左右,高于美国的相当安全系数;对于工况二的Ⅰ、Ⅱ级构件,轻冰规范50a和100a重现期的相当安全系数,低于美区和重冰区我国规范的安全度设置水平分别普遍国规范400a重现期和欧盟规范的相当安全系数;低于和高于国外规范的安全度设置水平,对于中冰在βc=1.2时,我国规范50a重现期的相当安全区,我国现行规范50a重现期的相当安全系数与系数与美国规范400a重现期和欧盟规范50a重国外规范不同重现期的相当安全系数取值互有上现期的相当安全系数较为接近,相差3%左右.下.③对于受弯构件,在大部分情况下,我国规范3)考虑计算模式的差异时,对于轴心受拉构50a重现期的相当安全系数小于国外规范的相当件,我国规范的相当安全系数普遍大于国外规范的安全系数,特别是与欧盟规范相比,则偏小更多.这相当安全系数;对于轴心受压构件,与不考虑计算主要是因为我国规范在考虑角钢受弯时,受弯折减模式差异时的计算结果类似;对于受弯构件,我国系数mN取为1,而国外规范则均低于1,导致相当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大于我国规范的相当安全系数.安全系数.
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