第六节 明钢管的管身应力分析及结构设计

第六节明钢管的管身应力分析及结构设计

一、明钢管的荷载

明钢管的设计荷载应根据运行条件，通过具体分析确定，一般有以下几种：

(1)内水压力。包括各种静水压力和动水压力，水重，水压试验和充、放水时的水压力。

(2)钢管自重。

(3)温度变化引起的力。

(4)镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力。

(5)风荷载和雪荷载。

(6)施工荷载。

(7)地震荷载。

(8)管道放空时通气设备造成的负压。

钢管设计的计算工况和荷载组合应根据工程的具体情况参照钢管设计规范采用。

二、管身应力分析和结构设计

明钢管的设计包括镇墩、支墩和管身等部分。前二者在上节中已经讨论过，这里主要讨论管身设计问题。

明钢管一般由直管段和弯管、岔管等异形管段组成。直管段支承在一系列支墩上，支墩处管身设支承环。由于抗外压稳定的需要，在支承环之间有时还需设加劲环。直管段的设计包括管壁、支承环和加劲环、人孔等附件。

支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，管身的应力分析可取如图13-14所示的三个基本断面：跨中断面1-1；支承环附近断面2-2和支承环断面3-3。以下介绍明钢管计算的结构力学方法。

图13-14 管身计算断面

（一）跨中断面（断面1-1)

管壁应力采用的坐标系如图13-15所示。以x表示管道轴向，r表示管道径向，θ表示管道切向，这三个方向的正应力以、、表之，并以拉应力为正。图中表明了管壁单元体的应力状态，剪应力r 下标的第一个符号表此剪应力所在的面（垂直x轴者称x面，余同），第二个符号表示剪应力的方向，如

表示在垂直x轴的面上沿e向作用的剪应力。

1.切向（环向）应力。

管壁的切向应力主要由内水压力引起。对于水平管段，管道横截面上的水压力如图13-16(a),它可看作由图13-16(b)的均匀水压力和图13-16(c)的满水压力组成。这两部分的水压力在管壁中引起的切向应力为

式中D、δ--管道内径和管壁计算厚度，cm；

γ--水的容重，0.001；

H--管顶以上的计算水头，㎝；

θ--管壁的计算点与垂直中线构成的圆心角，如图13-16(c)所示。

式(13-9)等号右端第一项系有均匀内水压力引起的切向应力,第二项为满水压力引起的切向应力。若令管道中心的计算水头为Hp，则Hp=H+D/2，式（13-9）成

对于倾斜的管道，若管轴与水平线的倾角为φ，则式（13-10）应写成

对于水电站的压力管道，上式等号右端的第二项是次要的，只有当(D/2)cosθcosφ>0.05Hp时才有计入的必要。

上式中未计入管壁自重引起的切向应力，此应力一般较小，内水压力引起的切向应力是管壁的主要应力，因此可利用上式来初步确定管壁的厚度。若钢材的容许应力为[σ]，焊缝系数为Φ（Φ一般取0.90-0.95），

以Φ[σ]代式（13-11）中的，则可初步确定管壁的计算厚度δ。由于式（13-11）未计入一些次要应力，用以确定管壁厚度时容许应力应降低15%。

考虑到钢板厚度的误差及运行中的锈蚀和磨损，实际采用的管壁厚度（结构厚度）应在计算厚度的基础上再加2mm的裕量。

压力管道的内水压力一般愈向下游端愈大，为了节约钢材，通常将管道分成若干段，每段采用不同度管壁厚度，按该段最低断面出的内水压力确定。

2.径向应力

管壁内表面的径向应力等于该出的内水压强，即

“-”表示压应力，“+”表示拉应力。管壁外表面=0。较小。

3.轴向应力

跨中断面的轴向应力由两部分组成，即由水重和管重引起的轴向弯曲应力及表13-2各轴向力

引起的应力。

对于支承在一系列支墩上的管道，其跨中弯矩M可按多跨连续梁求出。轴向弯曲应力

式中，，在管顶和管底，θ=0°和180°，y=±D/2,

最大

管道各轴向力见表4-2，其合力为，由此引起的轴向力为

跨中断面剪应力为零。到此求出了全部应力分量。

（二）支承环附近断面（断面2-2）

断面2-2在支承环附近，但在支承环的影响范围之外，故仍为膜应力区。以后我们将会知道，支承环的影响范围是不大的。

断面2-2的应力分量、、、的计算公式与断面1-1相同。除此之外，断面2-2尚有管重和水重在管道横截面上引起的剪应力。管重和水重在支承环处引起的剪力可将管道视作连续梁求出，近似可取Q=（qLcosφ）/2，q为每米的管重和水重，L为支承环中心距，φ为管道倾角。在垂直x轴的截面上，此剪力Q在管壁中引起的θ向剪应力

式中S-某断面以上的管壁面积对中和轴的静矩,；

J-管壁的截面惯性矩，

r-管道半径；

b-受剪截面宽度，b=2

θ- 管顶至计算点的圆心角，当θ=0°和180°时，在管顶和管底，=0；当θ=90°和270°时，剪应力最大，。也因支承环的影响而改变。

（三）支承环断面（断面3-3）

1.轴向应力

支承环处的管壁由于支承环的约束，在内水压力的作用下发生局部弯曲，如图13-17所示。因此，与

断面2-2相比，增加了局部弯曲应力,切向应力。

支承环在管壁中引起的局部弯曲应力随离开支承环的距离而很快衰减，因此影响范围是不大的（超过这个范围可忽略不计），其等效宽度

式中r、δ-管道半径和管壁的厚度；

μ-泊松比，钢材可取μ=0.3。

图13-17 管壁局部弯曲示意图

从图13-17（b）可以看出，支承环除直接承受一小部分内水压力外，主要是承受管壁传来的剪应力。在这些力的作用下，支承环的径向位移

式中为支承环的净截面（包括衔接段长a的管壁面积）。管壁在内水压力γHp的作用下，若无支承环的约束，则径向位移

加劲环处的管壁在剪力和弯矩的共同作用下，只能产生径向位移而不能转动（无角位移），可以证明，要满足这样的条件，必须

在上述和的共同作用下，该处管壁径向缩小

若不计支承环高度的变化，根据相容条件，并利用式（13-17）至式（13-20）得

和为沿圆周向单位长度管壁的剪力和弯矩。在管壁引起的局部应力（令μ=0.3）

由于，故

β的数值取决于支承环的截面积。当很大时，β接近于1，则局部弯曲应力为切向应力

的1.82倍；若支承环，,β=0,。

支承环处管壁的轴向应力=++。的影响范围为，离开支承环以外的管壁可忽略σx2。

2.剪应力

支承环的约束在管壁中引起的剪应力

式中得自式（13-21）。y为沿管壁厚度方向的计算点到管壁截面形心的距离。管壁的内外缘，

，；管壁中点，y=0,剪应力最大

由管重和水重在管壁中引起的剪应力用式（13-15）计算。

3.切向应力

在断面3-3，作用在支承环上的主要何在有：

（1）由管重和水重引起的向下的建立。其沿支承环四周的分布规律由式（13-15）确定，因支承环两侧均承受剪力，故式（13-15）的结果应乘以2δ。

（2）在内水压力作用下，关闭对支承环的剪力，其值为，由式（13-21）求出。

（3）支承环直接承受的内水压力。

（4）支承环自重。

由（2）、（3）两项荷载在支承环中引起的切向应力

支承环自重引起的应力一般较小。下面研究第一项荷载引起的应力。

图13-18 第一项荷载作用下的计算简图

第一项荷载作用下的计算简图如图13-18所示。图中Q为半跨管重和水重在管轴法向的分力（水平管段即为半跨管重和水重）。反力R=Q。对于这种在对陈荷载作用下的圆环，用结构力学的“弹心法”求解较

为简便。支承环中的力除与外荷载的大小和支承环本身的几何尺寸有关外，还与比值有关，其中b 为支承环断面形心的水平距离，为支承环断面形心的曲率半径。为了充分利用材料，b与的最合理

比值是使支承环上不同断面的两个最大弯矩相等。研究证明，满足这一条件的比值是，其

相应的弯矩、轴力、剪力示于图13-19中。任意断面的计算公式见钢管设计规范或《水工手册》。

图13-19 弯矩、轴力和剪力示意图

支承环各断面上的应力

式中、、、分别为支承环的截面模量、断面积、断面惯性矩、某计算点以上的面积矩。计

算以上各值时，应包括管壁的有效长度在内。支承环的切向应力为。支承环附近管壁的切向应力等于支承环内缘的切向应力。

三个断面的应力计算公式汇总于表13-4中。

表13-4 各计算断面的应力公式总表

钢管的工作除与三维应力状态，强度交合的方法是求出计算应力并与容许应力作比较，而不是直接采用某一方向的应力与容许应力作比较。钢管的强度校核目前多采用第四强度理论，其强度条件为

式中Φ为焊缝系数，取0.90-0.95。由于一般较小，故上式可简化为

以上讨论的是钢管在正常运行是充满水的情况。在钢管冲水和防空过程中，钢管可能处于部分冲水状态，此时管壁可能产生较大的弯曲应力。在管径较大、管壁较薄和倾角较小的明钢管需校核这种情况。限于篇幅，这里不作详细讨论。

（四）外压稳定校核

钢管是一种薄壳结构，能承受较大的内水压力，但抵抗外压的能力较低。在外压的作用下，关闭易于失去稳定，屈曲成勃兴，过早地失去承载能力，如图13-20所示。因此，在按强度和构造初步确立管壁厚度之后，尚需进行外压稳定校核。钢管的外荷载有：明管防空是通气设备引起的负压；埋藏式钢管防空使得外水压力，浇筑混凝土的压力，灌浆压力等。

图13-20 管壁屈曲示意图

在不同的外压作用下，有多种管壁稳定问题。下面介绍的是明管在均匀径向外压作用下的稳定问题。对于水电站的钢管而言，这是一种主要情况。

对于沿轴向可以自由伸缩的无加劲环的明钢管，管壁的临界外压

对于平面形变问题，上式中的E应以代换。明钢管抗外压稳定安全系数取2.0。如不能满足抗外压稳定要求，设置加劲环一般比增加管壁厚度经济。

对设有加劲环的管壁，临界外压

式中l—加劲环的间距

n—屈曲波数。需假定不同的n，用试算法求出最小的。对应于最小之n值可按下式估算

其中D为管径。按式(13-34)求n，取相近的整数后代人式（13-33）求最小之。

以上二式适用于情况。当时，管壁将因压应力过大而丧失承载能力，这已经不是上面所讨论的弹性稳定问题了。

决定管壁厚度的步骤是：根据强度计算确定管壁的计算厚度δ,加2mm的裕度得管壁的结构厚度。并与规范规定的最小结构厚度相比较，取其大者；进行抗外压稳定校核（不计2mm裕度），如不满足要求，用设置加劲环的办法提高其抗外压能力一般较为经济。

加劲环的间距根据管壁抗外压稳定的要求确定。图13-21列有加劲环三种不同的断面形式。

图13-21 加劲环的三种界面形式

加劲环自身稳定的临界外压在以下二式中取其小者

式中的符号同前。加劲环与支承环的不同之处是无管重和水重引起的剪力和支座反力，其主要的环向应力可用式(13-28)求解。

钢管杆设计要求

钢管杆程序使用说明 一、注意事项： ⑴、间隙圆（电气提供） ⑵、横担上表面离间隙圆大约 500mm 。 （根据杆长总长取整调整） ⑶、主杆坡度≥ 2% ，如果小于 2% 要考虑风微效应，很麻烦。 ⑷、横担横截面要取箱形截面，要先考虑挂点想挂哪里。一般是放在下平面，距离横担下平面 50mm 处， 所以电气提的呼高要加 200+50mm ， 就是我们做的钢管 杆所输入的呼高。 （这是相对于直线杆的，转角杆的挂点是挂在横担上平面，跟 系统是一样的，所以呼高是多少就是多少） 。现在做也没分那么细，直线和转角 呼高是多少就是多少，直接取。 ⑸、 地线横担根据电气提供的取。 横担宽 200mm ， 高鞘部 200mm ， 根部 300mm 。 主杆头部高出 150mm

350~400mm 。 ⑹、 如果主杆裕度很大 （应力比只有 60~70% ） ， 所有构件控制应力比在 85~90% ， 就把主杆整个偏移进去。 ⑺、构件长度要镀锌，不要超过 12 米。上面分长点，下面分短点。以 8m 为中 间值。因为上面应力变化比较小，如上面 9m ， 10m 之类；下面应力变化比较大， 如下面 6m ， 7m 之类。 ⑻、 对层间距要求严格就用法兰连接，法兰连接挠度比较小。对层间距要求不严 格就用插接，插接挠度比较大。根据计算挠度确定用哪种。 （根据厂家提供的建 议，工程经验，转角塔用插接不好，插接处变形不均匀，应力变化比较大，还是用法兰连接比较好。 ）本次所做主杆为向上插接，横担连接为加劲连接板连接。 如果法兰连接只算法兰的净重而不算整个法兰圆板的重量的话， 法兰连接比插接 轻。 ⑼、插接长度是根据插接处直径的 1.5

二级结构工程师考试辅导：钢管混凝土结构知识

■级结构工程师考试辅导：钢管混凝 匕结构知识 近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发 展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝 土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。 钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。 1.钢管混凝土结构的特点 众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。 同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中（如厂房和高层）。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面: 1.1承载力高、延性好，抗震性能优越 钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明, 钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。 塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的 2/3 ，纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。剥去钢管后，内部混凝土虽 已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，且仍有约碎脱落。 5%的承载力，用锤敲击后才粉 抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这 方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。

钢管混凝土结构

钢管混凝土结构 1、 前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构，它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩，然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始，钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。 2、 钢管混凝土结构的特点 ， 混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的，仅以常用的一种加载方式为例，对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明，如图l 的一根钢管混凝土短试件在轴向力N 作用下钢管和核心混凝土随着纵向压力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变，同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=，C C C 31εμε=（式中的13,εε分别为纵向、环向应变，μ为材料的泊松比，下标s ，c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的，即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283)，进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数，可以从低应力时的0．17增加到0．5至1．0甚至大于1.0。由上式可见，钢管混凝土在轴心压力N 作用下，开始时C S μμ>，

管道培训材料3doc-管道应力

3 管道应力 3.1 石油化工管道应力分析常用规范、标准有哪些？ 答：石油化工管道应力分析常用规范、标准有： (1)《工业金属管道设计规范》（国标报批稿）； (2)《石油化工企业管道柔性设计规范》（SHJ41-91）； (3)《石油化工企业非埋地管道抗震设计通则》（SHJ39-91）； (4)《石油化工企业管道设计器材选用通则》（SH3059-94）； (5)《石油化工企业管道支吊架设计规范》（SH3073-95）； (6) 化工管道设计规范（HG20695-1987）； (7) 化工部设计标准《管架标准图》（HG/T21629-1991）。 3.2 管道应力分析主要包括哪些内容？各种分析的目的是什么？ 答：管道应力分析分为静力分析和动力分析。 静力分析包括： (1) 压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算—防止塑性变形破坏； (2) 管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计算—防止疲劳破坏； (3) 管道对设备作用力的计算—防止作用力太大，保证设备正常运行； (4) 管道支吊架的受力计算—为支吊架设计提供依据； (5) 管道上法兰的受力计算—防止法兰泄漏。 动力分析包括： (1) 管道自振频率分析—防止管道系统共振； (2) 管道强迫振动响应分析—控制管道振动及应力； (3) 往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析—防止气柱共振； (4) 往复压缩机（泵）压力脉动分析—控制压力脉动值。 3.3 管道上可能承受的荷载有哪些？ 答：管道上可能承受的荷载有： (1) 重力荷载，包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等； (2) 压力荷载，压力荷载包括内压力和外压力； (3) 位移荷载，位移荷载包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等； (4) 风荷载； (5) 地震荷载； (6) 瞬变流冲击荷载，如安全阀启跳或阀门的快速启闭时的压力冲击； (7) 两相流脉动荷载； (8) 压力脉动荷载，如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；

钢管杆构架安装作业指导书

钢管构支架杆安装作业指导书 1、目的 根据GB50205-2001《钢结构工程施工质量验收规范》，为确保支架安装质量符合设计及规范要求，提供给业主合格产品质量。 2、适应范围 本作业指导书适应于220kV柳沟变工程钢管构支架安装。 3、组织及职责 3.1施工负责人：汪建国戴新明 3.2安全员：孟昭龙 3.3质量管理：常文亮材料员：袁朝玲 3.5施工人员：陈卫国、戚玉江、彭建华、龙海等 3.6吊车指挥作业：鲍其文 3.7司索作业：龙海 4、技术、工器具（机具）准备 4.1认真学习本作业指导书及国家验收规范标准； 4.2安规考试合格后方能上岗； 4.3主要施工机具如下表： 序号名称规格数量 1 汽车吊8T 1辆 2 电焊机380V（交流）1台 3 垫木、木楔50根 4 钢丝绳4分（25—30米）10根 5 尼龙绳10×50 2根 6 橇杠ф25×1.8米5根 7 双钩 1.5T 30根

8 水平仪、经纬仪各2台 9 钢卷尺30、10米各2个 10 千斤顶5T、力矩扳手 扳手各1 5．过程控制及质量标准： 5.1施工前由工程部组织，变电施工处参加对基础进行验收，验收依据为施工基础图及有关验收规范。 5.2检查核对到货的产品（钢管杆、铁附件等）的品种、规格、型号及数量是否与图纸及材料表一致。 5.3检查所有钢管杆是否符合质量标准的规定。应在出场前及现场进行外观检查钢管杆的同心度、焊接的质量、钢管杆管壁厚薄是否一致，钢管杆热镀是否满镀、无漏镀、钢管杆的弯曲度不超过标准值，当缺陷不严重时，可以在现场处理的应在现场处理。缺陷较严重的情况下，应返厂重新处理，直至合格。 5.4 对到货的铁附件检查。 5.4.1是否符合加工质量标准。 5.4.2外观检查应无锈蚀，弯曲，锌层剥落等缺陷。 5.4.3加工的孔距及孔的尺寸是否符合图纸要求。 5.5排杆时应接下列几项要求进行： 5.5.1排杆时要考虑整体规划，给于吊车施工留有充分进退余地，保证场地其它设备排放有序。 5.5.2排杆时应根据钢管杆起吊方法要求进行排杆，钢管杆的排列位臵方向应根据地形条件，组立杆的施工设计来确定，排杆时杆中心尽量靠近坑口，距离杯口最好在0.5～1米，以利起吊就位。 5.5.3钢管杆就位可用吊车或木杠拨动等方法，但钢管杆下面一定要有

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关于钢管混凝土结构在高层建筑结构设计中的应用研究摘要：钢管混凝土（即钢管混凝土）具有承载力高、抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，因而在高层和超高层建筑中得到了日益广泛的应用。本文就钢管混凝土结构在高层建筑结构设计的应用进行探讨。 关键词：钢管混凝土结构高层建筑结构设计 abstract: concrete filled steel tube (i.e., concrete filled steel tube ) which has high bearing capacity, good anti-seismic performance, steel saving and simple construction and other advantages, so in the high-rise and super high-rise building has been widely applied. in this paper, the concrete filled steel tube structure in tall building structural design application. key words: steel tube concrete structure in high-rise building structure design [中图分类号] tu753.8 [文献标识码]a[文章编号] 钢管混凝土结构以其承载力高、抗震性能好、混凝土延性好、耐火性能好、施工简便以及造价经济合理等一系列优点而广泛应用于高层和超高层建筑中。相对于其它结构材料而言，钢管混凝土结构的研究还很不充分，尤其是结构体系的研究更少，还存在着一些需要进一步研究和解决的问题。本文就钢管混凝土结构在高层建筑结构设计的应用进行探讨。

高压架空输电线路钢管杆结构优化设计研究 黄巧

高压架空输电线路钢管杆结构优化设计研究黄巧 发表时间：2018-10-17T14:38:20.407Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：黄巧 [导读] 摘要：随着电网的快速发展，输电线路建设水平也面临更高的要求。 （中国电力工程顾问集团新能源有限公司西安分公司陕西西安 710032） 摘要：随着电网的快速发展，输电线路建设水平也面临更高的要求。高压输电线路已经成为电网的主要组成部分，其直接影响电网的质量和电能供应质量。钢管杆在高压架空输电线路中广泛应用，为了进一步完善钢管杆的设计，实现节约材料、降低成本、减轻工作量的目的。我们对钢管杆结构设计进行优化，以保证钢管杆结构满足当下高压输电线路的要求。 关键词：高压线路；钢管杆结构；优化设计 1概述 1.1 高压架空输电线路 所谓高压架空输电线路是具有专业性较强，施工难度大，主要应用于基建行业领域的一种特殊线路。高压架空输电线路通常采用输电杆塔将导线与地线悬挂在控制，使导线与导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间以及导线与地面障碍物之间保持安全距离，为完成输电任务奠定基础。高压架空输电线路具有成本低、维护施工方便的优点，因而被电网建设广泛应用。杆塔作为架空输电线路的重要组成部分，其设计的合理性直接影响其功能和作用，且对输电线路的施工速度、造价、运行、检修等均会造成影响。架空输电线路的杆塔型式很多，在实际选择中因地制宜是选择方案的基本原则。 1.2 钢管杆 钢管杆是架空输电线路杆塔的一种，从其断面型式上可以分为圆形钢管杆和多边形钢管杆，从结构型式上可分为单杆和双杆。其中圆形钢管杆不便采用套接，现场安装施工需要分段焊接，焊接接头在防腐性能方面存在缺陷。而多边形钢管杆通常由多段套接而成，可以实现分段热侵镀锌，具有良好的防腐效果，且现场安装方便。从外形上对比，多边形钢管杆尺寸紧凑、结构匀称、线条明快。所以，综合以上分析，多边形钢管杆是最合理的一种钢管杆。在实际中依据线路适用情况和导地线张力大小，合理选择单杆或双杆。通常情况下高压架空输电线路主要选用单杆结构。 2钢管杆结构特的优点 2.1结构简单 高压输电线路的钢管杆结构通常都比较简单，且器件较小，使钢管结构具有较低的风载体形系数。所以，作用于钢管杆结构本身的风荷载比铁塔小得多。此外，钢管杆结构具有良好的柔性，利于高压输电线路在强风作用的安全运行，保障了输电的稳定性。 2.2 占用空间少 城市建设的快速发展，土地资源日益缺乏，为了有效节约土地资源，城市土地规划允许在走廊或绿化带上架设高压输电线路。但是传统的铁打根宽度大，需要占用较大的土地空间，不适合在空间狭小的绿化带或走廊上铺设。而钢管杆占地面积小，杆径小，无拉线，占用土地空间较小，可满足小空间架设需求。同时钢管杆整体结构简单大方，于城市风貌相互协调，利于城市中建设高压输电线路的需求。 2.3 运送安装都很方便 高压输电线路钢管杆设计方式独特，在设计上是就采用分件形式，方便运输现场组装，从而钢管杆结构又有安装方便的特点。同时与传统的铁塔结构比较，钢管杆结构还有杆塔组装方便的特点，省去了塔位平降基工序等一些工序，这些都是传统铁塔无法比拟的。以上提到的优点可以充分说明钢管杆结构在高压输电线路施工中施工简单，有效提高了施工的效率，缩短了施工时间，有效节约了成本。 2.4 市容美观 城市建设中，城市的面容备受社会各界的关注和重视。钢管杆整体线条明快，整个结构比较的匀称，加之有机翼型的横担，显得十分的动感十足。如果涂上城市的主色调不但不会影响景观，反而对城市周围的景观会起到美化协调的作用。所以，钢管杆结构能够被广泛应用高压架空输电线路。但是当前使用的钢管杆结构钢材强度不大，不适用大容量多回路的输电线路。因此，尽量采用高强度、荷载大的钢管杆。输电线路建设中钢材费用占据了工程施工成本的主体，因此对于高压输电线路的钢管杆应用，多以城郊结合区域，有走廊限制的地带，不适宜在农村或走廊无限制的地区架设推广。 3高压架空输电线路钢管杆结构优化设计 高压输电线路钢管杆结构优化的目的是，设计方法在满足规定的各种荷载要求下，确保线路安全运行。具体从以下几个方面进行优化设计： 3.1气象条件的选择 通过多年的工作经验总结出，气象条件的选择应依据线路沿线气象资料和已有线路的运行经验进行确定。通常110kV-330kV输电线路及其大跨越重现期应取30年，500kV-750kV 输电线路及其大跨越重现期应取50年，实际使用中应该避免过大取用。 3.2材料选择 建议多回路、大截面导地线、分裂导线的杆塔采用高强度钢，这样也可以降低杆塔材料的用量。 3.3档距的优化 通过对各种导、地线最大使用张力的计算比较，选取合适的导、地线安全系数，一般取导线安全系数K=6.0-8.0，地线安全系数K=10.0-11.0，使用水平档距Lp=120m -150m，垂直档距Lv=200m -250m，最为经济合理。 3.4杆型选择 钢管杆杆型的选择是高压输电线路的关键，也是钢管杆结构优化的核心。合理区分线路中的直线杆和耐张杆，尽量避免直线杆承受导地线的拉力。合理规划杆塔使用转角度数，避免实际使用角度远小于设计角度，可以有效降低杆塔承受的荷载。对于终端杆应区分有无进线档的设计情况，对于分支、T接、π线路的杆塔，需要根据实际使用情况考虑荷载组合，避免所有杆塔都按最不利的因素考虑。 3.5杆头高度及呼称高 在满足电气间隙要求的基础上，尽量减小线路走廊宽度，优化杆头高度和横担长度。注意考虑城区线路、路灯和路边树木的交叉跨越高度要求，杆塔重量以最轻化为优化目标。单双回路杆塔呼称高的极差按3m考虑，多回路按2m考虑。通过减少杆塔高度，以降低杆塔的重

钢管许用应力

钢管许用应力 钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法 Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级; 2）以钢管壁厚尺寸表示? 中国、ISO、日本部分钢管标准采用 3）是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种： A．标准重量管,以STD表示 B．加厚管，以XS表示 C．特厚管，以XXS表示。 对于DN≤250mn的管子，Sch40相当于STD，DN<200mm的管子,Sch80相当于XS。补充： 1、以管子表号(Sch．)表示壁厚系列 这是1938年美国国家怔准协会ANSIB36.10(焊接和无缝钢管)标准所规定的。 管子表号(Sch．)是设计压力与设计温度下材料的许用应力的比值乘以1000，并经圆 整后的数值。即 ????? Sch .=P/[ó]t×1000??? （1-2-1） 式中? P—设计压力，MPa；?? ????????? [ó]t—设计温度下材料的许用应力，MPa。 无缝钢管与焊接钢管的管子表号可查资料确定。 ANSI B36.10和JIS标准中的管子表号为；Sch10、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 ANSI B36.19中的不锈钢管管子表号为：5S、10S、40S、80S。 ??? 管表号(Sch．)并不是壁厚，是壁厚系列。实际的壁厚，同一管径，在不同的管子表

号中其厚度各异。不同管子表号的管壁厚度，在美国和日本是应用计算承受内压薄壁管厚度 的Barlow公式计算并考虑了腐蚀裕量和螺纹深度及壁厚负偏差-12．5％之后确定的，如公式 (1-2-2)和(1-2-3)所示。??? tB=D0P/2[ó]t??????? （1-2-2）??????????????? t=[D0/2（1-0.125）×P/[ó]t]+2.54??? （1-2-3） 式中? tB 、t——分别表示理论和计算壁厚，mm D0————管外径，mm P——设计压力，MPa [ó]t——在设计温度下材料的许用压力，MPa 计算壁厚径圆整后才是实际的壁厚。 如果已知钢管的管子表号，可根据式（1-2-1）计算出该钢管所能适应的设计压力，即 ????? P=Sch..× [ó]t/1000??????????????? （1-2-4） 例如，Sch40，碳素钢20无缝钢管，当设计温度为350oC时给钢管所能适应 设计压力为： P=40×92/1000①=3.68 MPa 中国石化总公司标准SHJ405规定了无缝钢管的壁厚系列并Sch．5S②，? Sch．10， Sch．10s，Sch．20，Sch．20s，Sch．30，Sch．40，Sch。40s，Sch．60，Sch．80，Sch．100， Sch．120，Sch．140，Sch。160，如表1-2-9所示。 2、以管子重量表示管壁厚度的壁厚系列 美国MSS和ANSI规定的以管子重量表示壁厚方法，将管子壁厚分为；种： ??? (1)标准重量管以STD表示；

明钢管的管身应力分析及结构设计

明钢管的管身应力分析及结构设计 一、明钢管的荷载 明钢管的设计荷载应根据运行条件，通过具体分析确定，一般有以下几种： (1)内水压力。包括各种静水压力和动水压力，水重，水压试验和充、放水时的水压力。 (2)钢管自重。 (3)温度变化引起的力。 (4)镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力。 (5)风荷载和雪荷载。 (6)施工荷载。 (7)地震荷载。 (8)管道放空时通气设备造成的负压。 钢管设计的计算工况和荷载组合应根据工程的具体情况参照钢管设计规范采用。 二、管身应力分析和结构设计 明钢管的设计包括镇墩、支墩和管身等部分。前二者在上节中已经讨论过，这里主要讨论管身设计问题。 明钢管一般由直管段和弯管、岔管等异形管段组成。直管段支承在一系列支墩上，支墩处管身设支承环。由于抗外压稳定的需要，在支承环之间有时还需设加劲环。直管段的设计包括管壁、支承环和加劲环、人孔等附件。 支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，管身的应力分析可取如图13-14所示的三个基本断面：跨中断面1-1；支承环附近断面2-2和支承环断面3-3。以下介绍明钢管计算的结构力学方法。 图13-14 管身计算断面 （一）跨中断面（断面1-1) 管壁应力采用的坐标系如图13-15所示。以x表示管道轴向，r表示管道径向，θ表示管道切向，这三个方向的正应力以、、表之，并以拉应力为正。图中表明了管壁单元体的应力状态，剪应力r下标的第一个符号表此剪应力所在的面（垂直x轴者称x面，余同），第二个符号表示剪应力的方向，如表示在垂直x轴的面上沿e向作用的剪应力。 1.切向（环向）应力。 管壁的切向应力主要由内水压力引起。对于水平管段，管道横截面上的水压力如图13-16(a),它可看作由图13-16(b)的均匀水压力和图13-16(c)的满水压力组成。这两部分的水压力在管壁中引起的切向应力为 式中D、δ--管道内径和管壁计算厚度，cm； γ--水的容重，0.001；

钢管混凝土柱

摘要：介绍了钢管混凝土结构的特点、研究现状及其工程应用，探讨了钢管混凝土结构研究方向。 关键词：钢管混凝土 近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。 1．钢管混凝土结构的特点 众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面： 1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越 钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。

第四篇(10kv钢管杆)

第四篇10kV钢管杆 1、 10kV钢管杆的选取和使用 1.1 耐张杆采用钢管杆。 1.2杆高选择 钢管杆杆杆高分1 2.4米、12.7米和15.2米。 1.3使用档距 标准化设计中水平档距为60米、垂直档距为80米、最大档距为70米进行设计。 1.4 钢管杆横担与杆型配套，详见钢管杆制造图。 1.5 考虑到杆型分类表中对外荷载作了简化处理，使用者如需对特定的外荷载作进一步校验，可将计算的钢管杆根部弯距的标准值（计算时需考虑附加弯距的影响，将计算总弯距的标准值乘1.15得最终计算的钢管杆根部弯距的标准值）和下表提供的钢管杆根部许用弯距的标准值数据进行比较（并严格控制在下表许用范围之内），或将计 算的钢管杆根部弯距的设计值（计算时同样需考虑附加弯距的影响，将计算总弯距的设计值乘1.15得最终计算的钢管杆根部弯距的设计值）和下表提供的钢管杆根部许用弯距的设计值数据进行比较（并严格控制在下表许用范围之内）。 1.6 钢管杆主杆均选用Q235钢板。 1.7 所有钢管底部均设有调节螺母，可以调节电杆预偏值。为考虑钢管杆在受外力时保持直立，钢管杆在施工时杆梢应向受力反侧预偏，并根据逐渐积累的施工运行经验（预偏值一般为1/2杆梢～1杆梢）确定预偏数值。 1.8 钢管杆设计依据《架空送电线路钢管杆设计技术规定》(DL/T 5130-2001) 1.9 钢管杆加工制造时需符合《输变电钢管结构制造技术条件》(DL/T 646-2006)及相关行业规范。 1.10 本次标准设计将多边形钢管作为基本杆型，且要求主杆钢板整体卷制，杆身不允许有环向焊缝。 表4－1转角钢杆规划条件一览表 序号 杆塔名称 水平档距（m） 垂直档距（m） 转角度数 （°） 呼高 （m） 备注 1 10SJG1A 60 80 0～30 11.75 2 10SJG1B 60 80 0～30 10.55 3 10SJG2A 60 80 30～60 11.75 4 10SJG2B 60 80 30～60 10.55 5 10SJG3A 60 80 60～90 11.75 6 10SJG3B 60 80 60～90 10.55 7 10DJG1 60 80 0～30 12.15/14.25 8 10DJG2 60 80 30～60 12.15/14.25 9 10DJG3 60 80 60～90 12.15/14.25 表4－2 地脚螺栓参数表 序号 杆塔名称 根径(mm) 螺栓圆直径(mm) 螺栓数量/规格 螺栓等级 1 10SJG1A 720 915 20M48A Q235 2 10SJG1B 690 860 16M56A Q235 3 10SJG2A 760 985 20M56A Q235 4 10SJG2B 760 930 16M56A Q235 5 10SJG3A 880 1105 20M56A Q235

钢铁材料的许用应力

表1 普通碳钢及优质碳钢构件基本许用应力/MPa 材 料类型材料 标号 截面尺寸 /mm 热处 理 材料性能拉压弯曲扭转剪切 抗拉强度σb 屈服强度σs /MPa ⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢⅠⅡⅢ σlσlσlστnτnτnτττ 普通碳钢Q215 100 热 扎 σb335～410 σs185～215 145 125 90 175 95 90 60 100 90 60 Q235 σb375～460 σs205～235 160 140 100 190 160 120 105 σσ110 100 70 Q275 σb490～610 σs235～275 175 150 110 210 170 130 115 140 105 120 110 80 优质碳钢20 ≤100 正 火 σb410 σs245 175 145 105 210 165 125 115 105 70 120 105 75 25 σb450 σs275 195 160 115 230 175 135 125 115 75 135 120 80 35 σb530 σs315 210 180 125 250 200 150 135 120 80 145 120 85 调质σb550～750 σs320～370 210 185 130 250 205 155 135 125 85 145 120 85 45 正火σb600 σs355 230 200 145 270 220 170 150 135 90 160 140 95 调质σb630～800 σs370～430 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 50 ≤25 正火σb630 σs375 250 215 150 300 235 180 160 150 100 175 150 100 ≤100 调质σb＞700 σs＞400 265 235 165 310 260 195 170 155 105 180 160 110

钢管混凝土结构技术规范

专业资料 GB50936-2014钢管混凝土结构技术规 应知条文 必会条文 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前，其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60％，并应满足稳定性要求。 4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件，应采取有效措施减小钢管混凝土收缩对构件受力性能的影响。 5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件，当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50％及以上时，由于混凝土变的影响，钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。 7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和衬钢管段，衬钢管段也可兼作为抗剪连接件，并应符合下列规定： 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝，坡口可取35°，直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝； 2 衬钢管仅作为衬管使用时（图7.2.1a ），衬管管壁厚度宜为4mm ～6mm ，衬管高度宜为50mm ，其外径宜比钢管径小2mm ； 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板；2-衬钢管 3 衬钢管兼作为抗剪连接件时（图7.2.1b ），衬管管壁厚度不宜小于16mm ，衬管高度宜为100mm ，其外径宜比钢管径小2mm 。 7.2.2 不同直径钢管对接时，宜采用一段变径钢管连接。变径钢管的上下两端均宜设置环形隔板，变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚，变径段的斜度不宜大于1:6，变径3.1.4 抗震设计时，钢管混凝土结构的钢材应符合下列规定： 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85； 2 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20％； 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性。 9.4.1 钢管混凝土结构中，混凝土禁使用含氯化物类的外加剂。

第六节 明钢管的管身应力分析及结构设计

第六节明钢管的管身应力分析及结构设计 一、明钢管的荷载 明钢管的设计荷载应根据运行条件，通过具体分析确定，一般有以下几种： (1)内水压力。包括各种静水压力和动水压力，水重，水压试验和充、放水时的水压力。 (2)钢管自重。 (3)温度变化引起的力。 (4)镇墩和支墩不均匀沉陷引起的力。 (5)风荷载和雪荷载。 (6)施工荷载。 (7)地震荷载。 (8)管道放空时通气设备造成的负压。 钢管设计的计算工况和荷载组合应根据工程的具体情况参照钢管设计规范采用。 二、管身应力分析和结构设计 明钢管的设计包括镇墩、支墩和管身等部分。前二者在上节中已经讨论过，这里主要讨论管身设计问题。 明钢管一般由直管段和弯管、岔管等异形管段组成。直管段支承在一系列支墩上，支墩处管身设支承环。由于抗外压稳定的需要，在支承环之间有时还需设加劲环。直管段的设计包括管壁、支承环和加劲环、人孔等附件。 支承在一系列支墩上的直管段在法向力的作用下类似一根连续梁。根据受力特点，管身的应力分析可取如图13-14所示的三个基本断面：跨中断面1-1；支承环附近断面2-2和支承环断面3-3。以下介绍明钢管计算的结构力学方法。 图13-14 管身计算断面 （一）跨中断面（断面1-1) 管壁应力采用的坐标系如图13-15所示。以x表示管道轴向，r表示管道径向，θ表示管道切向，这三个方向的正应力以、、表之，并以拉应力为正。图中表明了管壁单元体的应力状态，剪应力r 下标的第一个符号表此剪应力所在的面（垂直x轴者称x面，余同），第二个符号表示剪应力的方向，如 表示在垂直x轴的面上沿e向作用的剪应力。 1.切向（环向）应力。 管壁的切向应力主要由内水压力引起。对于水平管段，管道横截面上的水压力如图13-16(a),它可看作由图13-16(b)的均匀水压力和图13-16(c)的满水压力组成。这两部分的水压力在管壁中引起的切向应力为

钢管应力计算

第一章总则 第1.0.1条管道应力计算的任务是：验算管道在内压、自重和其它外载作用下所产生的一次应力和在热胀、冷缩及位移受约束时所产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理以及管道对设备的推力和力矩是否在设备所能安全承受的范围内。 第1.0.2条本规定适用于以低碳钢、低合金钢和高铬钢为管材的火力发电厂汽水管道的应力计算。 油、空气介质的管道应力计算，可参照本规定执行。 核电站常规岛部分管道应力计算，可参照本规定执行。 第1.0.3条管道的热胀应力按冷热态的应力范围验算。管道对设备的推力和力矩按在冷状态下和在工作状态下可能出现的最大值分别进行验算。 第1.0.4条恰当的冷紧可减少管道运行初期的热态应力和管道对端点的热态推力，并可减少管系的局部过应变。冷紧与验算的应力范围无关。 第1.0.5条进行管系的挠性分析时，可假定整个管系为弹性体。 第1.0.6条使用本规定进行计算的管道，其设计还应遵守《火力发电厂汽水管道设计技术规定》。管道零件和部件的结构、尺寸、加工等，应符合《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计》的要求。

第二章 钢材的许用应力 第2.0.1条 钢材的许用应力，应根据钢材的有关强度特性取下列三项中的最小值： σ b 20/3，σs t /1.5或σs t (0.2%)/1.5，σD t /1.5 其中 σb 20——钢材在20℃时的抗拉强度最小值（MPa ）； σs t ——钢材在设计温度下的屈服极限最小值（MPa ）； σ s t (0.2%)——钢材在设计温度下残余变形为0.2%时的屈服极限最小值（MPa ）； σD t ——钢材在设计温度下105h 持久强度平均值。 常用钢材的许用应力数据列于附录A 。 国产常用钢材和附表中所列的德国钢材的许用应力按本规定的安全系数确定。 美国钢材的许用应力摘自美国标准ASME B31.1。 对于未列入附录A 的钢材，如符合有关技术条件可作为汽水管道的管材时，它的许用应力仍按本规定计算。

钢管杆通用设计说明书

110KV双回路架空线钢管杆 通用设计说明书 一、设计依据及范围 1．设计依据 1.2 规程、规范： 《110～750kV架空送电线路设计技术规定》（报批稿） 《110~500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T 5092-1999) 《架空送电线路钢管杆设计技术规定》(DL/T5130-2001) 《送电线路基础设计技术规定》(DL/T5219-2005) 2．设计内容 110KV架空送电线路双回路钢管杆以及与杆型对应的基础、绝缘子串、金具的通用设计及概算编制。本次通用设计共完成13种杆型的设计，其中悬垂型3种、耐张型10种，详见下表： 二、气象条件 根据《110～750kV架空送电线路设计技术规定》（报批稿），选取钢管杆线路在各运行状况下的气象参数。 对于最大覆冰的取值，由于钢管杆线路一般都处于平地，故按轻冰区取值。其它气象参数采用浙江省输电线路设计第Ⅰ气象区参数。最大风速取V＝33m/s，导线覆冰值C=5mm，地线覆冰取值C=10mm。各设计气象条件组合详见下表：

注：上表中基本风速高度均取离地10m、括号内为地线覆冰值 三、导地线 1．导地线选型 根据最近几年来我省110KV线路最常用的导线型号，选择钢管杆通用设计导线型号为LGJ-300/40钢芯铝绞线。根据《110～750kV架空送电线路设计技术规定》（报批稿）中导地线配合标准且结合“两型三新全寿命”理念，避雷线选用JLB20A-80铝包钢绞线。 2. 导地线主要技术参数及使用最大使用应力

3. 设计档距 根据钢管杆线路特征，设定导地线使用档距：水平档距Lp＝150米，垂直档距Lv＝160米，最大档距Lmax＝190米。 四、绝缘配合设计 1.根据浙江省电力公司文件（浙电生【2008】363号）：关于印发《浙江电网污区分布图（2007）执行规定》的通知，通用设计钢管杆线路按《浙江电网污区分布图（2007版）》中的Ⅲ级污秽区设计，导线绝缘水平须满足泄漏比距大于 2.8cm/kV的要求。 2.悬垂串采用合成绝缘子，机械破坏荷重不小于70kN，干弧距离不小于1.1米，上下两侧安装均压环，采用双联悬垂串。 3.耐张串采用70kN标准绝缘子，单片泄漏距离320mm，结构高度146mm，盘径255mm，每联采用10片，实际泄漏比距达到2.909cm/kV，采用双联耐张串。 4.耐张型钢管杆采用悬挂点固定式防风偏合成绝缘子，根据省电力公司生产部《架空输电线路跳线防风偏反措会议纪要》有关规定配置。 五、钢管杆头部尺寸设计 1．根据《110～750kV架空送电线路设计技术规定》（报批稿），本次通用设计钢管杆头部尺寸设计满足以下条件： 1.1 导线最小水平距离要求：按导线使用条件，计算得双回路线路导线最小水平间距D＝3.5米。 1.2 导线间隙圆：考虑杆身安装爬梯、横担安装拉杆等因素，同时考虑在带电作业时，工作人员活动范围为0.5米。按要求绘制导线间隙圆，确定横担的必需长度。110KV线路带电部分与杆塔构件的最小间隙具体如下表： 1.3 导地线水平偏移要求：上下层相邻导线间、地线与相邻导线间的水平偏移，按不小于0.5米设计。

各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系

各种许用应力与抗拉强度、屈服强度的关系 我们在设计的时候常取许用剪切应力，在不同的情况下安全系数不同，许用剪切应力就不一样。校核各种许用应力常常与许用拉应力有联系，而许用材料的屈服强度（刚度）与各种应力关系如下： <一> 许用（拉伸）应力 钢材的许用拉应力[δ]与抗拉强度极限、屈服强度极限的关系： 1.对于塑性材料[δ]= δs /n 2.对于脆性材料[δ]= δb /n δb ---抗拉强度极限 δs ---屈服强度极限 n---安全系数 轧、锻件n=1.2-2.2 起重机械n=1.7 人力钢丝绳n=4.5 土建工程n=1.5 载人用的钢丝n=9 螺纹连接n=1.2-1.7 铸件n=1.6-2.5 一般钢材n=1.6-2.5 注：脆性材料：如淬硬的工具钢、陶瓷等。 塑性材料：如低碳钢、非淬硬中炭钢、退火球墨铸铁、铜和铝等。 <二> 剪切 许用剪应力与许用拉应力的关系： 1.对于塑性材料[τ]=0.6-0.8[δ] 2.对于脆性材料[τ]=0.8-1.0[δ] <三> 挤压 许用挤压应力与许用拉应力的关系 1.对于塑性材料[δj]=1.5- 2.5[δ]

2.对于脆性材料[δj]=0.9-1.5[δ] 注：[δj]=1.7-2[δ]（部分教科书常用） <四> 扭转 许用扭转应力与许用拉应力的关系： 1.对于塑性材料[δn]=0.5-0.6[δ] 2.对于脆性材料[δn]=0.8-1.0[δ] 轴的扭转变形用每米长的扭转角来衡量。对于一般传动可取[φ]=0.5°--1°/m；对于精密件，可取[φ]=0.25°-0.5°/m；对于要求不严格的轴，可取[φ]大于1°/m计算。 <五> 弯曲 许用弯曲应力与许用拉应力的关系： 1.对于薄壁型钢一般采取用轴向拉伸应力的许用值 2.对于实心型钢可以略高一点，具体数值可参见有关规范。

常用钢管标准比较

一．焊接钢管 在目前的石油化工生产装置中，大量使用的是无缝钢管，而焊接管子仅在一些介质条件比较低或者因管子直径比较大而无无缝方法供货的情况下才使用焊接钢管，这是因为焊接钢管质量比较差的缘故。随着现代工业技术的发展，焊接钢管的生产技术水平和质量在不断的提高，其应用范围也在不断地扩大。焊接钢管与无缝钢管相比，其价格便宜，材料利用率高，尺寸偏差小，设备投资也较少，尤其是在大直径（DN≥600）钢管的生产上，无缝钢管的生产已经比较困难。因此，目前新建的或改建的石油化工生产装置中，焊接钢管应用的越来越多，尤其是对一些不锈钢应用较多的装置，采用焊接钢管代替无缝钢管，投资可以节省1/4，这对工程建设者来说无异是一个较大的吸引力。 目前，常用的焊接钢管根据其生产时采用的焊接工艺不同可以分为连续护焊（锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。 1.连续护焊（锻焊）钢管 连续护焊（锻焊）钢管是在加热炉内对钢带进行加热，然后对已成型的边缘采用进行加压方法使其焊接在一起而形成的具有一条直缝的钢管。其特点是生产效率高，生产成本低，但焊接接头冶金结合不完全，焊缝质量差，综合机械性能差。目前护焊管在压力管道中仅用于水和压缩空气系统。 GB/T3091《低压流体输送用镀锌焊接钢管》、GB/T3092《低压流体输送用焊接钢管》标准的钢管一般为护焊钢管（有时也用电阻焊制造），它们除了流体输送用钢管的必检项目外，只附加了弯曲试验要求，故此类管子的制造、检验要求是比较低的。它们的规格范围为1/8”~6”，壁厚有普通级的和加厚级两种，材料牌号有Q195A、215QA、Q235A三种，适用于设计温度为0℃～100℃、设计压力不超过0.6MPa的水和压缩空气系统。 当输送介质为仪表用净化压缩空气时，因为仪表驱动芯子孔径比较小，若有较小的固体杂质进入就会引起操作故障，因此它采用的管子应为符合GB/T3091标准的镀锌管，而且其管道组成件应是螺纹连接而不是焊接。实际上这点是很难做到的，因为DN≥50的管子及其元件均采用螺纹连接是不合适的。通常，将仪表用净化压缩空气输送用的干管（一般DN≥50）采用无缝钢管，连接为焊接，而支管（一般DN≤40）则采用镀锌管，且支管从干管的上部引出，这样处理的结果基本上能保证仪表用净化压缩空气的干净度要求。 2.电阻焊钢管 电阻焊钢管是通过电阻焊和电感应焊接方法生产的、带有一条直焊缝的钢管，其特点是生产效率高，自动化程度高，焊接时不需要焊条和焊药，对母材损伤小，焊后的变形和残余应力也较小。但它的生产设备较复杂，设备投资高，对焊接接头的表面质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头处的塑性和冲击韧性较低，不宜用于高温高温情况下和重要场合。一般规定电阻焊钢管应使用在不超过200℃的名情况下。 常用的电阻焊钢管标准有SY/T5038《普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管》等。SY/T5038标准的规格范围为DN150～DN500，壁厚从4.0mm～10mm共9种规格，材料牌号有Q195、Q215、Q235三种，适用介质为水、煤气、空气、采暖蒸汽等普通流体。 3.电弧焊钢管 电弧焊钢管是采用电弧焊焊接方法生产的钢管，它的特点是焊接接头达到完全的冶金结合，接头的机械性能能够完全达到或接近母材的机械性能。在经过适当的热处理和无损检查之后，电弧焊直缝钢管的使用条件可以达到无缝钢管的使用条件而取代无缝钢管。 根据焊缝形式的不同，电弧焊钢管可分为直缝管和螺旋焊缝管两种。根据焊接时采取的保护方法的不同，电弧焊钢管又可分为埋弧焊钢管融化极气体保护焊钢管两种。 螺旋缝焊接钢管是在焊接过程中，焊枪和焊缝处于旋转运动和直线运动结合的相对运动中，其焊缝呈螺旋形。与直缝钢管相比，其焊缝线度长，而且焊缝的受力为二维拉应力。