圆钢组合桁架叉梁强度刚度及稳定.doc

圆钢组合桁架叉梁强度刚度与稳定的验算计算人：6目录1.叉梁适用条件.11.1适用杆型：MZ-21门型直线杆.11.2导线规格：JL/G1A-240/30.11.3避雷线规格：GJ-80.11.4气象条件：最大风速30m/s,无冰，未断线，风向垂直线路11.5水平档距：330m.12叉梁结构图.13最大风速30m/s,时的荷载标准值.13.1避雷线在最大风速、无冰时，垂直于线路方向的水平风荷载的标准13.2导线在最大风速、无冰时，垂直于线路方向的水平风荷载的标准值23.3绝缘子串大风荷的标准值23.4主杆风荷载标准值24叉梁安装的最佳位置.35叉梁在大风情况下承受轴向拉力或受压力标准值.46叉梁稳定、刚度与强度的验算.56.1叉梁的计算长度56.2桁架叉梁的惯性矩56.3桁架叉梁的回转半径56.4桁架叉梁的长细比56.5叉梁的临界荷载66.6叉梁构件主筋局部稳定验算腹杆强度验算66.7.腹杆强度验算66.8.螺栓强度验算66.9.孔壁强度验算6110kV输电线路钢筋混凝土门型直线杆的圆钢组合桁架叉梁强度与稳定的验算门型直线杆的叉梁在结构中的作用是将两根主杆连接成一体，在最大风情况下使主杆的弯矩均匀且减小的重要受力杆件。热镀锌圆钢组合桁架叉梁以其每根仅30公斤重量优势，便于在杆上按装的特点，深受施工及运行单位的欢迎。该热镀锌圆钢组合桁架叉梁在大风的工况下，能否安然无恙呢？须经设计人员进行强度、刚度与稳定的验算，且经有资质的试验单位进行轴心拉力及压力试验，满足设计要求后，方可进行批量生产及挂网运行。1.叉梁适用条件：1.1适用杆型MZ-21门型直线杆；1.2导线规格JL/G1A-240/30；1.3避雷线规格GJ-80；1.4气象条件：最大风速30m/s,无冰，未断线，风向垂直线路；1.5水平档距330m。2.叉梁结构图：3.最大风速30m/s,时的叉梁荷载标准值：3.1一根避雷线在最大风速、无冰时，垂直于线路方向的水平风荷载的标准值：=（1）（1）式中=0.75，风压不均匀系数，按架空送电线路杆塔结构设计技术规定DL/T5154-2002表5.6-1的规定选定。表5.6-1风压不均匀系数风速m/s101520V3030V3535计算杆塔荷载1.01.00.850.750.7式中=0.56（2）最大风速30m/s时的基本风压标准值；=1，风压高度变化系数，按110kV750kV架空输电线路设计规范GB/50545-2010表10.1-22的规定选定选用；表10.1-22风压高度变化系数离地面或海面高度（m）地面粗糙度类别注：地面粗糙度类别：ABCDA类指接近海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的市区；51.171.000.740.62101.381.000.740.62151.521.140.740.62201.631.250.840.62301.801.421.000.62401.921.561.130.73502.031.671.250.84602.121.771.350.93=1.2，导地线体型系数；（按架空送电线路杆塔结构设计技术规定DL/T5154-2002第5.6条的规定选定。线径小于17mm,或覆冰时取1.2，大于或等于17mm时，取1.1，GJ-80钢绞线直径12，小于17mm，故取1.2）；=0.012m,地线外径；=330m,杆塔的水平档距；=90，风向与导地线方向的夹角；代入（1）式得=0.750.561.20.012330=2；3.2一根导线在最大风速、无冰时，垂直于线路方向的水平风荷载的标准值：式中=0.75，=0.56，=1，=1.1，=0.0216m, =330m,=90，代入（1）式=0.750.561.10.0216330=3.33.3绝缘子串大风荷载的标准值=+1)B（3）（3）式中=1，一相导线所用的绝缘子串数；=7每串绝缘子的片数;=0.56，最大风速30m/s时的基本风压标准值；=1，风压高度变化系数，=0.04每片的受风面积，（单裙取0.03，双裙取0.04）;+1表示金具受风面积，相当于1片绝缘子。代入（3）式=+1)=1（7+1）0.5610.04=0.18。3.4主杆风荷载标准值：已知主杆是等径杆，其外径0.3m,每米长主杆自身大风荷载标准值：=（4）（kN）（4）式中=0.56，最大风速30m/s时的基本风压标准值；=1，风压高度变化系数=0.7环形截面钢筋混凝土杆体型系数，=1.0杆塔风荷载调整系数。=0.3m1m=0.31米长300mm等径混凝土电杆承受风压投影面积。代入（4）式=0.5610.710.3=0.1176;4.叉梁安装的最佳位置计算叉梁安装的最佳位置应该在满足电气间隙圆要求的情况下，使叉梁与主杆上、下节点的弯矩相等，即=，对于MZ-21杆型，=0.552W（h+2.45）+3(+)h+(h+2.6)（5）（5）式中的W=2 一根避雷线在最大风速垂直于线路方向的水平风荷载标准值；=3.3 一根导线在最大风速垂直于线路方向的水平风荷载的标准值；=0.18一相导线所用的绝缘子串大风水平荷载；=0.11761米长300mm等径混凝土电杆大风水平荷载；h叉梁与主杆上节点至导线横担的垂直距离（待求值）；代入（5）式得=0.5522(h+2.45）+3(3.3+0.18)h+0.1176(h+2.6)=0.5514.746+20+0.0588=0.55（6）（6）式中=2W+3(+)+218.4=22+33.48+20.117618.4=18.767所有水平力之和；=1.15零力矩点偏离系数；=0.5（=0.4333+4.240.5h=4.6730.5h，零力矩点至叉梁与主杆下节点的距离。代入（6）=0.55=0.5518.7671.15(4.6730.5 h)=0.55（100.8510.79h）=，14.746h+20+0.0588=100.8510.79h，整理后得一元二次方程式：0.0588+25.536 h80.85=0求解此一元二次方程h=m将h=3.143，代入=0.5514.746h+20+0.0588=0.55（14.7463.143+20+0.0588）=36.81将h=3.143代入=0.55（100.8510.79h）=36.81=结论：21米门型杆的叉梁与主杆的上节点应距离导线横担3.143米处。叉梁的位置如左下图。同理，对于MZ-18的叉梁位置为：=0.5514.746h+20+0.0588=0.55（5）=2W+3(+)+215.4=22+33.48+20.117615.4=18.062所有水平力之和；=0.5（=0.4333+30.5h=3.43330.5h，零力矩点至叉梁与主杆下节点的距离。代入（6）=0.55=0.5518.0621.15(3.43330.5 h)=0.55（71.31410.386h）=，14.746h+20+0.0588=71.31410.386h，0.0588+25.13251.314=0h=m结论：18米门型杆的叉梁与主杆的上节点应距离导线横担2.032米处，但考虑到电气间隙圆要求，仍采用h=2.2米。5.叉梁在大风情况下承受轴向拉力或受压力在大风情况下，叉梁承受中心受拉或受压。其内力按下式计算：=，公式（7）（7）式中所有水平力对零力矩点的力矩之和，；=7.32m叉梁与主杆上、下节点间距；=645叉梁轴线与水平线的夹角；=2.45m避雷线悬挂点至横担的距离；=3.143m横担至叉梁上节点的距离；=7.32m叉梁与主杆上、下节点间距；=6.204m叉梁下节点至主杆在地下嵚固点的距离。0力矩点位置的确定：对Z=2根避雷线风荷载在0力矩点的力矩：=22(2.45+3.143+7.32+3.102)=416.015=64.06.m;3根导线风荷载在0力矩点的力矩：=3（3.3+0.18）(3.143+7.32+3.102)=10.4413.565=141.62.m;两根主杆风荷载在0力矩点的力矩：=20.1176=30.73.m;代入所有水平力对零力矩点的力矩之和，；=+=64.06+141.62+30.73=236.41=40.642kN在大风情况下，叉梁中心承受的拉、压力。因风荷载是可变荷载，风荷载的设计值等于荷载的标准值乘以分项系数1.4荷载的设计值：=k公式（8）（8）式中k=1.4可变荷载分项系数，=40.642kN在大风情况下，叉梁中心承受的拉、压力的标准值。代入公式（8）=1.440.642 kN=56.9 kN 6叉梁稳定、刚度与强度的验算6.1叉梁的计算长度：L=（9）=3949mm叉梁的实际长度；=1.4计算长度系数； L=1.43949=5529mm叉梁的计算长度;6.2桁架叉梁的惯性矩：=4（10）式中=7mm叉梁主筋半径，=60mm叉梁主筋间距的2分之1；=4=4760=2216708,6.3桁架叉梁的回转半径：=（11）=4=4=616桁架四根主材总截面积；=60mm,6.4桁架叉梁的长细比：=公式（12）=92.15150,满足刚度要求（按架空送电线路杆塔结构设计技术规定DL/T5154-2002第7.2.3钢结构构件最大的长细比：受压主材150的规定选定）。根据=92.15查Q235钢b类截面轴心受压构件的稳定系数得=0.608Q235钢b类截面轴心受压构件的稳定系数012345678901.0001.0001.0000.9990.9990.9980.9970.9960.9950.994100.9920.9910.9890.9870.9850.9830.9810.9780.9760.973200.9700.9670.9630.9600.9570.9530.9500.9460.9430.939300.9360.9320.9290.9250.9220.9180.9140.9100.9060.903400.8990.8950.8910.8870.8820.8780.8740.8700.8650.861500.8560.8520.8470.8420.8380.8330.8280.8230.8180.813600.8070.8020.7970.7910.7860.7800.7740.7690.7630.757700.7510.7450.7390.7320.7260.7200.7140.7070.7010.694800.6880.6810.6750.6680.6610.6550.6480.6410.6350.628900.6210.6140.6080.6010.5940.5880.5810.5750.5680.5611000.5550.5490.5420.5360.5290.5230.5170.5110.5050.4991100.4930.4870.4810.4750.4700.4640.4580.4530.4470.4421200.4370.4320.4260.4210.4160.4110.4060.4020.3970.3921300.3870.3830.3780.3740.3700.3650.3610.3570.3530.3491400.3450.3410.3370.3330.3290.3260.3220.3180.3150.3111500.3080.3040.3010.2980.2950.2910.2880.2850.2820.2791600.2760.2730.2700.2670.2650.2620.2590.2560.2540.2511700.2490.2460.2440.2410.2390.2360.2340.2320.2290.2271800.2250.2230.2200.2180.2160.2140.2120.2100.2080.2061900.2040.2020.2000.1980.1970.1950.1930.1910.1900.1882000.1860.1840.1830.1810.18001780.1760.1750.1730.1722100.1700.1690.1670.1660.1650.1630.1620.1600.1590.1582200.1560.1550.1540.1530.1510.1500.1490.1480.1460.1452300.1440.1430.1420.1410.1400.1380.1370.1360.1350.1342400.1330.1320.1310.1300.1290.1280.1270.1260.1250.1242500.123代入公式（13）式中=56.9 kN轴心压力设计值，N；=616桁架主材总截面积；代入=152N/ mm210N/mm。式中的210N/mm是级（Q235）热轧钢筋的强度的设计值。见架空送电线路杆塔结构设计技术规定DL/T5154-2002表6.2.3钢筋强度标准值及设计值。6.5叉梁的临界荷载：欧拉公式的通用形式=（11）（11）式中的=2.110级（Q235）热轧钢筋的弹性模量；=2216708桁架叉梁的惯性矩；=1.4计算长度系数；=3949mm;代入（11）式=150.3kN6.6.叉梁构件主筋局部稳定验算：一根14圆钢的回转半径r=3.5,一根14圆钢的计算长度170，14圆钢的细长比=58.3150，查Q235钢b类截面轴心受压构件的稳定系数=0.817，代入公式（10）=113N/mm210N/mm,结论一根主筋不会失稳。6.7.