專(zhuān)題4—工程設(shè)計(jì)使用壽命

1、專(zhuān)題之四： 工程設(shè)計(jì)使用壽命目錄1 設(shè)計(jì)使用壽命的建議目標(biāo)12 工程設(shè)計(jì)使用壽命研究12.1 概述12.2 可靠度理論的計(jì)算方法22.3 荷載的統(tǒng)計(jì)分析32.4 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)抗力的統(tǒng)計(jì)特征42.5 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析的極限狀態(tài)方程72.6 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析132.7 工程耐久性探討142.8 本工程提高設(shè)計(jì)使用壽命措施163 結(jié)論19前 言為了建設(shè)世界一流電網(wǎng)，以電網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量的提升促進(jìn)國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)展質(zhì)量的提升，提高工程建設(shè)安全質(zhì)量和工藝水平，確保工程的可靠性與耐久性。本投標(biāo)設(shè)計(jì)進(jìn)行了工程設(shè)計(jì)使用壽命專(zhuān)題研究。1 設(shè)計(jì)使用壽命的建議目標(biāo)

2、輸電線路工程主要組成部件的預(yù)計(jì)使用壽命差異較大，根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以及國(guó)家電網(wǎng)基建【2012】386號(hào)文關(guān)于印發(fā)國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電工程提高設(shè)計(jì)使用壽命指導(dǎo)意見(jiàn)（試行）的通知，推薦一般環(huán)境下常用輸電線路部件的使用壽命建議值見(jiàn)表1-1。表1-1 一般環(huán)境下常用輸電線路部件的使用壽命( 單位:年)部件基礎(chǔ)桿塔導(dǎo)線地線絕緣子金具合成瓷玻璃使用年限60404040204040402 工程設(shè)計(jì)使用壽命研究2.1 概述本文根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)于輸電線路各部件設(shè)計(jì)使用壽命的建議目標(biāo)，以我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50545-2010110kV-750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5154-2

3、002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定關(guān)于鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和導(dǎo)地線、絕緣子及金具、桿塔基礎(chǔ)等輸電線路部件的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定為基準(zhǔn)，對(duì)在設(shè)計(jì)使用年限的輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、輸電線路元件和桿塔基礎(chǔ)的可靠度水平進(jìn)行了校準(zhǔn)分析。并在此基礎(chǔ)上，為保證輸電線路各部件的設(shè)計(jì)使用壽命，探討提高輸電線路各部件的耐久性措施。最后結(jié)合本工程實(shí)際情況，論述提高本工程設(shè)計(jì)使用壽命的具體方法和措施。在綜合分析已收集到的國(guó)內(nèi)冰、風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，初步確定了冰、風(fēng)荷載的概率分布類(lèi)型和相關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)；采用GB 50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)推薦的一次二階矩法，對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和輸電線路元件及桿塔基礎(chǔ)承載能力極

4、限狀態(tài)下的可靠度進(jìn)行了校準(zhǔn)分析；輸電線路規(guī)定110-330kV輸電線路風(fēng)荷載 “30年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)。而按風(fēng)荷載 “50年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平與GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)相當(dāng)。因此，本文建議，我國(guó)110kV架空送電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)荷載的重現(xiàn)期宜提高為“50年一遇”，并考慮風(fēng)荷載動(dòng)力放大作用的影響；經(jīng)計(jì)算得的導(dǎo)、地線可靠指標(biāo)均高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的導(dǎo)線和地線在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；金具和

5、絕緣子的安全度設(shè)置水平亦高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的絕緣子和金具在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；經(jīng)計(jì)算得桿塔基礎(chǔ)的可靠指標(biāo)高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整。在廣泛收集運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，探討提高輸電線路鐵塔、基礎(chǔ)、導(dǎo)地線、光纜、金具、絕緣子、接地網(wǎng)的耐久性措施，延長(zhǎng)輸電線路的設(shè)計(jì)使用壽命。結(jié)合工程實(shí)際情況，通過(guò)本工程設(shè)計(jì)選型優(yōu)化，選用了相應(yīng)的基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)材料、導(dǎo)線型式、金具型式、絕緣子型式、接地型式和防腐蝕措施，提高輸電

6、線路的設(shè)計(jì)使用壽命。2.2 可靠度理論的計(jì)算方法結(jié)構(gòu)可靠性定義為：結(jié)構(gòu)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預(yù)定功能的能力。結(jié)構(gòu)可靠度是對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性的概率度量，它是建立在統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上經(jīng)計(jì)算分析后確定的，是一種定量概念。研究輸電塔結(jié)構(gòu)的可靠度就是為了使結(jié)構(gòu)能以經(jīng)濟(jì)、適當(dāng)?shù)目煽慷葋?lái)滿(mǎn)足各種預(yù)定功能的要求。在結(jié)構(gòu)可靠度分析中，目前主要采用一次二階矩法、蒙特卡羅法、響應(yīng)面法和隨機(jī)有限元法等計(jì)算方法。2.3 荷載的統(tǒng)計(jì)分析對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度進(jìn)行校準(zhǔn)分析時(shí)，就必須對(duì)各種常遇的荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其均值和變異性及概率分布類(lèi)型。輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)承受的作用多而復(fù)雜，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文對(duì)輸電線

7、路鐵塔結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度進(jìn)行校準(zhǔn)分析時(shí)，取輸電線路在正常運(yùn)行工況下常遇的主要荷載，即永久荷載、風(fēng)荷載和覆冰荷載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)于永久荷載，其值在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)基本不變，因此，可以將永久荷載直接轉(zhuǎn)化為與時(shí)間無(wú)關(guān)的隨機(jī)變量描述。確定年最大覆冰荷載的均值時(shí)，除參考1991年IEC 826-4的上述推薦值外，還根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有覆冰荷載統(tǒng)計(jì)資料確定的變異系數(shù)，并假設(shè)覆冰荷載的概率分布類(lèi)型為極值I型分布，按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期50年內(nèi)覆冰荷載最大值的平均值與覆冰荷載標(biāo)準(zhǔn)值近似相等的原則，即，對(duì)覆冰荷載年最大分布的平均值進(jìn)行了大量的試算，求得當(dāng)覆冰荷載年最大分布的平均值0.45，0.403，在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為50年內(nèi)最大

8、覆冰荷載均值1.003，變異系數(shù)為0.181。2.4 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)抗力的統(tǒng)計(jì)特征影響輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力的主要因素包括材料性能的不定性、結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性、計(jì)算模式的不定性等，這些因素的不定性可分別用隨機(jī)變量、表示。由于各種因素一般都是隨機(jī)變量，因此，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力經(jīng)常是多元隨機(jī)變量的函數(shù)。要想直接獲得截面抗力R的統(tǒng)計(jì)參數(shù)及其分布類(lèi)型是較為困難的，目前國(guó)內(nèi)外一般都是采用間接的方法，即先對(duì)影響截面抗力的主要因素分項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，然后通過(guò)截面抗力與各因素間的函數(shù)關(guān)系，利用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)中的誤差傳遞公式推求截面抗力R的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范編制組在按概率極限

9、狀態(tài)設(shè)計(jì)法的要求編制GBJ 17-88開(kāi)始，先后對(duì)國(guó)產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼材進(jìn)行了三次專(zhuān)項(xiàng)調(diào)研，并用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的檢驗(yàn)法和柯?tīng)柲缏宸驒z驗(yàn)法進(jìn)行了檢驗(yàn)，結(jié)果表明，在5%的顯著性水平上，我國(guó)結(jié)構(gòu)鋼材屈服點(diǎn)服從正態(tài)分布，根據(jù)國(guó)產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼材料性能的最新信息，求得國(guó)產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼的材料性能的統(tǒng)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2-1。表2-1 國(guó)產(chǎn)建筑結(jié)構(gòu)鋼的材料性能的統(tǒng)計(jì)參數(shù)鋼材品種(mm)Q2351.0700.0811.0740.0771.1180.0661.0870.066Q3451.0400.0661.0180.0671.1250.0571.1840.083對(duì)于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何參數(shù)的不定性，關(guān)對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何特征的統(tǒng)計(jì)分

10、析，取1.00，0.05。荷載作用下輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu), 主要承受由荷載作用引起的軸向拉力和壓力，由荷載作用引起的彎矩相對(duì)較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文在計(jì)算輸電線路結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)時(shí)，不考慮由荷載作用引起的彎矩，直接按軸心受拉構(gòu)件或軸心受壓構(gòu)件考慮。軸心受力構(gòu)件計(jì)算模式不定性的統(tǒng)計(jì)參數(shù)可分別取為：軸心受拉構(gòu)件， =1.05，0.07；軸心受壓構(gòu)件， =1.03，0.07。對(duì)于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件，常用鋼材的厚度為524mm，故本文在計(jì)算輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)時(shí)，以厚度t16mm和16mmt40mm的鋼材材料性能的平均值進(jìn)行計(jì)算。輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2-2。表2-2 輸電線

11、路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力統(tǒng)計(jì)參數(shù) 鋼材級(jí)別構(gòu)件類(lèi)型Q235Q345分布類(lèi)型軸心受壓1.1040.1171.0600.109對(duì)數(shù)正態(tài)分布軸心受拉1.1260.1171.0800.109導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等各種受力元件材料性能不定性的統(tǒng)計(jì)特征，如表2-3所示。表2-3 導(dǎo)地線、絕緣子和金具等線路元件材料性能的統(tǒng)計(jì)特征線路元件概率分布類(lèi)型均值系數(shù)變異系數(shù)導(dǎo)線正態(tài)分布1.0400.0312地線正態(tài)分布1.2350.0283絕緣子瓷絕緣子正態(tài)分布1.1230.0855玻璃絕緣子正態(tài)分布1.1770.0637金具球頭掛環(huán)、碗頭掛板、U形掛環(huán)、平行掛環(huán)、懸垂線夾對(duì)數(shù)正態(tài)分布1.2000.150限于目前缺乏

12、輸電線路元件幾何參數(shù)的不定性，參考關(guān)于鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件幾何特征的統(tǒng)計(jì)分析，近似將導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等線路元件幾何參數(shù)不定性Ka的統(tǒng)計(jì)參數(shù)均取為1.00，0.05。輸電線路導(dǎo)地線、絕緣子和金具等元件抗力的統(tǒng)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2-4。表2-4 導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等受力元件抗力的統(tǒng)計(jì)結(jié)果結(jié)構(gòu)元件均值系數(shù)變異系數(shù)導(dǎo)線1.0920.092地線1.2970.091絕緣子瓷絕緣子1.1790.121玻璃絕緣子1.2360.107金具1.2600.173根據(jù)中心極限定理，輸電線路導(dǎo)線、地線、絕緣子和金具等元件抗力的概率分布類(lèi)型亦近似按對(duì)數(shù)正態(tài)分布考慮。影響輸電線路鐵塔基礎(chǔ)抗力的主要因素包括材料性能的不定性、基礎(chǔ)

13、幾何參數(shù)的不定性、計(jì)算模式的不定性等，這些因素的不定性可分別用隨機(jī)變量、表示。由于各種因素一般都是隨機(jī)變量，因此，基礎(chǔ)的抗力經(jīng)常是多元隨機(jī)變量的函數(shù)。要想直接獲得基礎(chǔ)抗力R的統(tǒng)計(jì)參數(shù)及其分布類(lèi)型是較為困難的，目前國(guó)內(nèi)外一般都是采用間接的方法，即先對(duì)影響基礎(chǔ)抗力的主要因素分項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定其統(tǒng)計(jì)參數(shù)，然后通過(guò)基礎(chǔ)抗力與各因素間的函數(shù)關(guān)系，利用統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)中的誤差傳遞公式推求基礎(chǔ)抗力R的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。2.5 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析的極限狀態(tài)方程鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的極限狀態(tài)方程在結(jié)構(gòu)可靠性分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可由其功能函數(shù)來(lái)表達(dá)。其形式為：其中隨機(jī)矢量表示工程結(jié)構(gòu)中存在的各種不確定性信息的隨

14、機(jī)變量，比如材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)幾何尺寸的隨機(jī)性以及荷載的隨機(jī)性等。上述各隨機(jī)變量Xi從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是作用或作用效應(yīng)，用S表示，另一類(lèi)是結(jié)構(gòu)抗力，用R表示。若僅以荷載效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R作為兩個(gè)基本隨機(jī)變量，功能函數(shù)可表示為：隨著各隨機(jī)變量的變化，功能函數(shù)Z有三種變化：當(dāng)Z0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)Z0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。對(duì)于輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)，DL/T 5154-2002規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件有軸心受拉構(gòu)件、軸心受壓構(gòu)件、受彎構(gòu)件、壓彎構(gòu)件和拉彎構(gòu)件等，對(duì)于軸心受壓構(gòu)件還分別給出了強(qiáng)度計(jì)算公式和穩(wěn)定計(jì)算公式。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件中

15、，主要承受由荷載作用引起的軸向拉力和壓力，由荷載作用引起的彎矩相對(duì)較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，本文在計(jì)算輸電線路結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)時(shí)，不考慮由荷載作用引起的彎矩，直接按軸心受拉構(gòu)件或軸心受壓構(gòu)件考慮。在極限荷載作用下，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的受拉構(gòu)件和受壓構(gòu)件破壞模式不同，受拉構(gòu)件一般為強(qiáng)度破壞，受壓構(gòu)件則大多是穩(wěn)定破壞。當(dāng)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件為軸心受拉構(gòu)件時(shí)，破壞形式是強(qiáng)度破壞，其抗力可表示為：式中 鋼材強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；構(gòu)件強(qiáng)度折減系數(shù)，對(duì)于受拉構(gòu)件，雙肢連接的角鋼取m1.0，單肢連接的角鋼(肢寬40mm)取m=0.70，雙肢連接的角鋼(肢寬40mm)取m=0.55；結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料性能分項(xiàng)系數(shù)；按現(xiàn)行規(guī)

16、范計(jì)算的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗力標(biāo)準(zhǔn)值；構(gòu)件凈截面面積，mm2。當(dāng)僅考慮永久荷載和風(fēng)荷載的組合時(shí)，則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)S可寫(xiě)為：令， 則可簡(jiǎn)化為：=由此可確定輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的功能函數(shù)為：Z=RSGSw=則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSw0式中 SG永久作用引起的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；SQ可變作用引起的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。其余符號(hào)意義同前。當(dāng)考慮永久荷載+風(fēng)荷載、覆冰荷載的組合時(shí)，則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)S可寫(xiě)為：令 ，則公式可簡(jiǎn)化為：=則輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載能力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSwSi0式中，覆冰荷載的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；覆冰荷載參與組合時(shí)，風(fēng)荷載效應(yīng)與永久荷

17、載效應(yīng)的比值；覆冰荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值。其余符號(hào)意義同前。輸電線路元件的極限狀態(tài)方程對(duì)于輸電線路元件可靠度的計(jì)算，與鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠度的計(jì)算類(lèi)似，本文也考慮常用的2種荷載組合情況：工況一：基本風(fēng)速、無(wú)冰、未斷線；工況二：設(shè)計(jì)覆冰及相應(yīng)風(fēng)速和氣溫、未斷線，由此分別給出導(dǎo)地線的極限狀態(tài)方程如下。在風(fēng)荷載組合（工況一）下，導(dǎo)地線的荷載效應(yīng)S可寫(xiě)為： 式中，K導(dǎo)地線等元件的安全系數(shù)；重力荷載效應(yīng)值；風(fēng)荷載效應(yīng)值。在冰風(fēng)荷載組合（工況二）下，導(dǎo)地線的荷載效應(yīng)S可寫(xiě)為：式中，覆冰荷載引起的效應(yīng)值；覆冰時(shí)相應(yīng)的風(fēng)荷載效應(yīng)值。風(fēng)荷載組合（工況一）下導(dǎo)地線的極限狀態(tài)方程為：0式中，R導(dǎo)地線等元件的抗力值

18、。.冰風(fēng)荷載組合（工況二）下導(dǎo)地線的極限狀態(tài)方程為：0式中符號(hào)意義同前。由于絕緣子和金具的荷載效應(yīng)是在導(dǎo)線的掛點(diǎn)處所產(chǎn)生的，且產(chǎn)生荷載效應(yīng)的因素以及荷載效應(yīng)的作用方式也是相同的，故可以認(rèn)為絕緣子、金具的極限狀態(tài)方程與導(dǎo)線的極限狀態(tài)方程的形式相同。需要說(shuō)明的是，斷線、斷聯(lián)時(shí)由于絕緣子和金具所承受的荷載發(fā)生變化，故其極限狀態(tài)方程也發(fā)生改變。因此，本文在計(jì)算輸電線路元件的可靠度時(shí)，僅對(duì)最大使用荷載作用下輸電線路元件的可靠指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。基礎(chǔ)極限狀態(tài)方程在結(jié)構(gòu)可靠性分析中，結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)可由其功能函數(shù)來(lái)表達(dá)。其形式為：其中隨機(jī)矢量表示工程結(jié)構(gòu)中存在的各種不確定性信息的隨機(jī)變量，比如材料參數(shù)與結(jié)構(gòu)幾何尺寸

19、的隨機(jī)性以及荷載的隨機(jī)性等。上述各隨機(jī)變量Xi從性質(zhì)上來(lái)說(shuō)，可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是作用或作用效應(yīng)，用S表示，另一類(lèi)是結(jié)構(gòu)抗力，用R表示。若僅以荷載效應(yīng)S、結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力R作為兩個(gè)基本隨機(jī)變量，功能函數(shù)可表示為：隨著各隨機(jī)變量的變化，功能函數(shù)Z有三種變化：當(dāng)Z0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)處于失效狀態(tài)；當(dāng)Z0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)處于可靠狀態(tài)；當(dāng)Z0時(shí)，表示結(jié)構(gòu)處于極限狀態(tài)。對(duì)于輸電線路鐵塔基礎(chǔ)，DL/T 5219-2005規(guī)定了基礎(chǔ)上拔和下壓穩(wěn)定計(jì)算公式等。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在輸電線路鐵塔基礎(chǔ)中，主要承受上部結(jié)構(gòu)傳遞的上拔力，下壓力和水平力對(duì)基礎(chǔ)的可靠度的影響較小，為簡(jiǎn)化計(jì)算，原狀土基礎(chǔ)可靠性低于非原狀土基礎(chǔ)，本文僅計(jì)算輸電線

20、路原狀土基礎(chǔ)上拔作用的可靠指標(biāo)。當(dāng)時(shí)，即基礎(chǔ)上拔深度不大于抗拔土體的臨界深度時(shí)，：當(dāng)ht>hc時(shí)： 式中：ht基礎(chǔ)的上拔深度； hc基礎(chǔ)原狀抗拔土體的臨界深度； C土體飽和狀態(tài)下的凝聚力； 天然土的容重，由試驗(yàn)確定； Qf基礎(chǔ)自重； D基礎(chǔ)底板直徑； （ht- hc）范圍內(nèi)基礎(chǔ)的體積； A1、A2系數(shù)，是土內(nèi)摩擦角及相對(duì)深度ht/D的函數(shù)； 相鄰上拔基礎(chǔ)影響系數(shù)； 水平荷載影響系數(shù)； 基礎(chǔ)底板展開(kāi)角影響系數(shù)。當(dāng)僅考慮永久荷載和風(fēng)荷載的組合時(shí)，則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的荷載效應(yīng)S可寫(xiě)為：令， 則公式簡(jiǎn)化為：=由此可確定輸電線路鐵塔基礎(chǔ)承載能力的功能函數(shù)為：Z=RSGSw=則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)承載能

21、力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSw0式中 SG永久作用引起的效應(yīng)設(shè)計(jì)值；SQ可變作用引起的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。其余符號(hào)意義同前。當(dāng)考慮永久荷載+風(fēng)荷載、覆冰荷載的組合時(shí)，則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)的荷載效應(yīng)S可寫(xiě)為：令 ，則公式可簡(jiǎn)化為：=則輸電線路鐵塔基礎(chǔ)承載能力的極限狀態(tài)方程為：Z=RSGSwSi0式中，覆冰荷載的效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值；覆冰荷載參與組合時(shí)，風(fēng)荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值；覆冰荷載效應(yīng)與永久荷載效應(yīng)的比值。其余符號(hào)意義同前。2.6 鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、線路元件和基礎(chǔ)可靠度分析在綜合分析已收集到的國(guó)內(nèi)冰、風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，初步確定了冰、風(fēng)荷載的概率分布類(lèi)型和相關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)；采用GB 50068-2001建

22、筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)推薦的一次二階矩法，對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和輸電線路元件及桿塔基礎(chǔ)承載能力極限狀態(tài)下的可靠度進(jìn)行了校準(zhǔn)分析；輸電線路規(guī)定110-330kV輸電線路風(fēng)荷載 “30年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)。而按風(fēng)荷載 “50年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平與GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)相當(dāng)。因此，本文建議，我國(guó)110kV架空送電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)荷載的重現(xiàn)期宜提高為“50年一遇”，并考慮風(fēng)荷載動(dòng)力放大作用的影響；經(jīng)計(jì)算得的導(dǎo)、地線可靠指標(biāo)均高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目

23、標(biāo)可靠指標(biāo)，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的導(dǎo)線和地線在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；金具和絕緣子的安全度設(shè)置水平亦高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的絕緣子和金具在風(fēng)荷載組合下的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整；經(jīng)計(jì)算得桿塔基礎(chǔ)的可靠指標(biāo)高于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)，說(shuō)明我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的桿塔基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)較為合適，可不做調(diào)整。2.7 工程耐久性探討（1）提高基礎(chǔ)鋼筋耐久性措施輸電線路桿塔基礎(chǔ)一般為鋼筋混凝土材料，提高基礎(chǔ)耐久性的包括提高混凝土的耐久性和提高基礎(chǔ)鋼筋的耐久性。目前提高混凝土耐久性措

24、施有：1）摻入高效減水劑；2）摻入高效活性礦物摻料；3）消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素。提高基礎(chǔ)鋼筋耐久性措施有：1）主要是提高混凝土自身的防護(hù)能力：選擇優(yōu)質(zhì)水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用優(yōu)良外加劑、摻合料、增加保護(hù)層厚度等。2）外涂層、滲透層、覆蓋層、隔離層；水泥基層、聚合物、樹(shù)脂類(lèi)涂層等。鋼筋阻銹刑 有陰極型、陽(yáng)極型、復(fù)合型等類(lèi)型，系由無(wú)機(jī)和有機(jī)物構(gòu)成。3）采用特種鋼筋：環(huán)氧涂層鋼筋、耐蝕鋼筋、不銹鋼筋、鍍鋅鋼筋等。4）陰極保護(hù)（2）提高鐵塔耐久性措施1）鐵塔地上部分必須全部有符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的熱浸鍍鋅，表面光潔，無(wú)大面積缺損，完好的熱鍍鋅層一般無(wú)需日常保養(yǎng)維護(hù)。2）鐵塔連接螺栓均應(yīng)采用冷

25、鐓熱浸鍍鋅螺栓和螺母。3）鐵塔運(yùn)行維護(hù)時(shí)防腐方面存在問(wèn)題的處理（3）提高導(dǎo)地線耐久性措施在重污穢區(qū)導(dǎo)線設(shè)計(jì)可選擇全鋁合金線和鋁包鋼芯鋁絞線，地線選擇鋁包鋼絞線，以提高導(dǎo)線的防腐性能。針對(duì)工程環(huán)境、特點(diǎn)的導(dǎo)、地線選型，可提高導(dǎo)、地線的使用壽命。微風(fēng)振動(dòng)，防振錘對(duì)導(dǎo)、地線的磨損也會(huì)影響導(dǎo)線壽命的因素，可適當(dāng)提高導(dǎo)、地線掛點(diǎn)處的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。另外，所選導(dǎo)線有一定輸送容量裕度，或不換塔加塔即可替換為高容量的其他型式導(dǎo)線，也可提高工程整體的使用壽命。（4）提高光纜耐久性措施1）合理設(shè)計(jì)光纜的特性參數(shù)、結(jié)構(gòu)2）強(qiáng)調(diào)OPGW與金具和附件配合3）考慮OPGW的可修復(fù)性能 （5）提高絕緣子耐久性措施懸垂串和跳線

26、串可采用合成絕緣子，耐張串可采用高瓷質(zhì)的瓷絕緣子。合成絕緣子具有重量輕、機(jī)電強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)，因而可用于城網(wǎng)改造，用來(lái)架設(shè)緊湊型架空線路。特別是合成絕緣子由于硅橡膠制成的傘盤(pán)具有良好的憎水遷移性能，抗污閃能力強(qiáng)。合成絕緣子的臨界閃絡(luò)鹽密值為0.6mg/cm，遠(yuǎn)大于一般瓷質(zhì)絕緣子抗污閃能力，具有良好的抗污閃性能，尤其適應(yīng)于化工區(qū)等污穢特別嚴(yán)重的地區(qū)使用，以有效地提高線路運(yùn)行可靠性，減少線路維護(hù)工作量，同時(shí)具有良好的耐雷性能。（6）提高接地網(wǎng)耐久性接地體的防腐措施1）正確選用接地體材料2）陰極保護(hù)法接地引下線的防腐措施一般采取的措施是從地下與水平接地體連接處開(kāi)始刷瀝清漆或防銹漆，直到地上與設(shè)備連按處。

27、特殊防腐措施是在接地體周?chē)绕湓诠諒澨幖舆m當(dāng)?shù)氖襾?lái)提高pH值，或在其周?chē)咸妓胤奂訜岷笮纬蓮?fù)合鋼體。在接地引下線地下近地面1020cm處最容易銹蝕，可在此處套上絕緣材料，如塑料等，并定期進(jìn)行維護(hù)。2.8 本工程提高設(shè)計(jì)使用壽命措施（1）桿塔輸電線路規(guī)定110-330kV輸電線路風(fēng)荷載 “30年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)。而按風(fēng)荷載 “50年一遇”重現(xiàn)期的安全度設(shè)置水平與GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別的目標(biāo)可靠指標(biāo)相當(dāng)。因此，本工程按重現(xiàn)期為50年的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速設(shè)計(jì)，保證輸電鐵塔結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的可靠度水平。另

28、外，為提高鐵塔的使用壽命，鐵塔全部構(gòu)件、螺栓、腳釘均采用熱鍍鋅防腐。 由于鐵塔在運(yùn)輸及安裝過(guò)程中，可能會(huì)局部破壞鐵塔鋼材的鍍鋅層，因此在鐵塔組立完畢應(yīng)及時(shí)進(jìn)行防腐蝕處理。措施如下：1)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件良好，原添面或鍍層尚在，局部銹蝕添面脫落，可認(rèn)真清潔，隔2年一次刷漆防腐。2)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件良好，原添面或鍍層完全脫落，母材有淺度銹蝕形成麻點(diǎn)。卡尺測(cè)量母材厚度不變，此時(shí)該鐵塔需認(rèn)真除銹清潔，刷防銹漆(二遍)，如處理質(zhì)量良好，可繼續(xù)使用5年以上，但應(yīng)隔2年刷漆一次。3)鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件完整，原添面或鍍層完全脫落，母材有較深銹蝕或銹漲，去除銹蝕層，卡尺測(cè)量母材厚度已不足，此時(shí)該鐵塔剛度和強(qiáng)度已發(fā)生變化，可靠性

29、差，應(yīng)及時(shí)考慮拆除或更換相應(yīng)構(gòu)件。（2）基礎(chǔ)基礎(chǔ)混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)C40，最大水灰比：0.42最小水泥用量：350kg/m3針對(duì)本工程有水粘性土的地質(zhì)條件，通過(guò)基礎(chǔ)選型比選研究，大部分直線塔選用抗腐蝕能力最強(qiáng)的臺(tái)階基礎(chǔ)，其他基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)（抗腐蝕能力僅次于臺(tái)階基礎(chǔ)），詳細(xì)見(jiàn)基礎(chǔ)選型、優(yōu)化及環(huán)保措施報(bào)告。并根據(jù)本工程-C環(huán)境作用等級(jí)，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50046-2008）規(guī)定選擇優(yōu)質(zhì)水泥、增加水泥用量、降低水灰化、使用優(yōu)良外加劑、摻合料、增加保護(hù)層厚度等基本措施，對(duì)基礎(chǔ)鋼筋進(jìn)行防腐蝕。工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50046-2008）對(duì)受力鋼筋的混凝土保護(hù)層最小厚度提出了要求，

30、對(duì)于本工程中度腐蝕環(huán)境：混凝土保護(hù)層最小厚度（mm）臺(tái)階基礎(chǔ)：50mm灌注樁基礎(chǔ)：55mm（3）導(dǎo)地線、絕緣子、金具、接地裝置1）導(dǎo)地線選擇本工程推薦導(dǎo)線采用1×JLHA3-275型中強(qiáng)度鋁合金絞線。2）地線選擇鋁包鋼絞線與鍍鋅鋼絞線相比，具有導(dǎo)電性能好、單重輕、耐腐蝕性能強(qiáng)、運(yùn)行壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，推薦地線采用JLB35-100鋁包鋼絞線。3）絕緣子選擇導(dǎo)線懸垂串采用FXBW-110/70-2合成絕緣子、跳線串采用FSP-110/0.8-AQ防風(fēng)偏合成絕緣子，導(dǎo)線耐張串采用U70BP/146-1、U70BP/146D盤(pán)形懸式瓷絕緣子。4）金具選擇本工程為提高普通防振錘的運(yùn)行使用壽命，特采

31、用新型防滑防振錘。防振錘線夾夾頭蓋板與夾頭座采用鉸鏈結(jié)構(gòu)，防振錘夾頭導(dǎo)線孔采用特種耐老化復(fù)合橡膠墊，增加導(dǎo)線與防振錘夾頭之間的摩擦力，防振錘與導(dǎo)線夾緊后是不容易松動(dòng)的。懸垂線夾采用節(jié)能型預(yù)絞絲懸垂線夾。5）接地裝置本工程推薦除進(jìn)線段外樁基礎(chǔ)的桿塔，取消人工接地裝置，采用自然接地體即可達(dá)到防雷要求。電廠和變電站進(jìn)線段的桿塔以及采用現(xiàn)澆臺(tái)階基礎(chǔ)的桿塔均需輔助人工接地裝置，采用環(huán)繞塔基的方形加放射線接地裝置型式，每基桿塔設(shè)四根引下線與之連接。接地體為環(huán)繞桿塔水平布置的方形加射線，采用12熱鍍鋅圓鋼。接地引下線采用鋼接地體上焊接（或擠壓）鋅條的陰極保護(hù)接地體，可有效防止土壤腐蝕。3 結(jié)論以我國(guó)現(xiàn)行國(guó)家

32、標(biāo)準(zhǔn)GB 50545-2010110kV750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5154-2002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定的有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定為基準(zhǔn)，對(duì)我國(guó)110kV現(xiàn)行規(guī)范輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和導(dǎo)地線、絕緣子及金具等輸電線路元件和基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)的可靠度進(jìn)行了校準(zhǔn)分析。主要研究結(jié)論如下。（1）根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范GB 50009-2001的有關(guān)規(guī)定，在綜合分析已收集到的國(guó)內(nèi)冰、風(fēng)荷載統(tǒng)計(jì)資料的基礎(chǔ)上，初步確定了冰、風(fēng)荷載的概率統(tǒng)計(jì)模型和有關(guān)統(tǒng)計(jì)參數(shù)，其中基本風(fēng)壓和覆冰荷載的概率分布類(lèi)型宜采用極值I型分布來(lái)模擬，為架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和線路元件的可靠度分析奠定了基礎(chǔ)。（2）

33、采用GB 50068-2001推薦的一次二階矩法，分別對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件和導(dǎo)地線、絕緣子及金具等輸電線路元件的可靠指標(biāo)進(jìn)行了校準(zhǔn)分析，基本摸清了我國(guó)110kV鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件、輸電線路元件和基礎(chǔ)的總體可靠度水平。（3）在風(fēng)荷載組合（工況一）下，當(dāng)，在風(fēng)荷載重現(xiàn)期為30年、風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)1.0時(shí)，級(jí)桿塔結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件和受拉構(gòu)件可靠指標(biāo)的總體平均值分別為2.855和2.469，均低于GB 50068-2001建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級(jí)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的目標(biāo)可靠指標(biāo)3.7（脆性破壞）及3.2（延性破壞）。當(dāng)風(fēng)荷載重現(xiàn)期改為50年時(shí)，且考慮風(fēng)載調(diào)整系數(shù)1.2，結(jié)構(gòu)安全級(jí)別為級(jí)、級(jí)、級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，受壓構(gòu)件

34、和受拉構(gòu)件的可靠指標(biāo)的總體平均值分別為3.719、3.268、2.753和3.809、3.362、2.848，略高于GB 50068-2001規(guī)定的級(jí)、級(jí)、級(jí)的結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生延性破壞時(shí)的目標(biāo)可靠指標(biāo)或基本持平。（4）若以50年重現(xiàn)期氣象荷載作用下的可靠指標(biāo)為基準(zhǔn)，工況一下與“50年一遇”的氣象荷載作用下的可靠度相比，“30年一遇”氣象荷載作用下，鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度水平約低10%15%；“15年一遇”氣象荷載作用下，鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠度水平約低30%35%。由此可見(jiàn)，重現(xiàn)期對(duì)110kV輸電鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響較大，結(jié)合以上可靠指標(biāo)計(jì)算結(jié)果將風(fēng)荷載重現(xiàn)期提高至50年或以上是合適的。（5）根據(jù)輸電線路

35、鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件可靠指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)風(fēng)荷載的重現(xiàn)期為50年，風(fēng)載調(diào)整系數(shù)1.0時(shí)，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)均低于GB 50068-2001規(guī)定的相應(yīng)安全級(jí)別目標(biāo)可靠指標(biāo)的要求；1.2時(shí)，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的可靠指標(biāo)與GB 50068-2001規(guī)定的目標(biāo)可靠指標(biāo)基本相當(dāng)。因此，本文建議，在最大風(fēng)荷載參與組合工況(工況一)下，風(fēng)荷載的重現(xiàn)期按50年考慮，并應(yīng)增大風(fēng)載調(diào)整系數(shù)，以增大輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)構(gòu)件的可靠指標(biāo)，滿(mǎn)足現(xiàn)行規(guī)范GB 50068-2001的要求。（6）輸電線路元件采用單一安全系數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，隨著荷載效應(yīng)比值的增大，線路元件所承受的可變荷載也逐漸增大，由于可變荷載的變異性較大，故隨著荷載效應(yīng)比值的增大，線路元件的可靠指標(biāo)逐漸降低，且降低幅度較大，可靠度一致性較差。因此，本文建議，規(guī)范今后修訂時(shí)，輸電線路元件的設(shè)計(jì)也宜采用分項(xiàng)系數(shù)的設(shè)計(jì)表達(dá)式，以使輸電線路元件在不同荷載效應(yīng)比值下均具有較佳