Q GDW 11592-2016 架空输电线路钢骨钢管混凝土设计技术规定.pdf

1、 Q/GDW 11592 2016 架空输电线路钢骨钢管混凝土设计 技术规定 Technical specification for designing of steel reinforced concrete filled steel tubes for overhead transmission line 2017 - 05 - 25 发布 2017 - 05 -25 实施 国家电网公司 发 布ICS 29.240 Q/GDW 国 家 电 网 公 司 企 业 标 准 Q/GDW 11592 2016 I 目 次 前 言 . II 1 范围 . 1 2 规范 性引用文件 . 1 3 术语和

2、定义 . 1 4 符号 . 2 4.1 作用、作用效用和抗力 . 2 4.2 材料性能和抗力 . 2 4.3 几何参数 . 3 4.4 计算系数 . 3 5 材料 . 4 5.1 钢材 . 4 5.2 混凝土 . 4 5.3 连接和材料 . 4 6 设计基本规定 . 4 6.1 一般规定 . 5 6.2 结构分析 . 5 7 轴力 作用下 的 设计方法 . 6 7.1 实心圆钢管混凝土受压承载力计算 . 6 7.2 实心圆钢管混凝土受拉承载力计算 . 10 7.3 钢骨圆钢管混凝土受压承载力计算 . 10 7.4 钢骨圆钢管混凝土受拉承载力与刚度计算 . 12 7.5 角钢钢骨圆钢管混凝土受压

3、承载力计算 . 13 7.6 构件组合抗弯承载力计算 . 14 7.7 构件组合 抗扭承载力计算 . 16 7.8 构件局部受压承载力计算 . 16 7.9 构件复杂受力状态下的承载力计算 . 17 编制说明 . 20 Q/GDW 11592 2016 II 前 言 为规范架空输电线路中的钢骨钢管混凝土的设计方法 ， 制定本标准。 本标准由国家电网公司基建部提出并解释。 本标准由国家电网公司科技部归口。 本标准起草单位：国网浙江省电力公司、浙 江大学、 中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司 本标准主要起草人： 陈驹 ， 傅剑鸣，王志勇，姜文东，侯定华，陈攀，赵汉鹰，吴建勇，王灿灿，刘岩，邢

4、月龙，郭勇，叶尹，张大伟，初金良，姚跃荣，赵露，苏军峰，曹夕祥 。 本标准首次发布。 本标准在执行过程中的意见或建议反馈至国家电网公司科技部。 Q/GDW 11592 2016 1 架空输电线路钢骨钢管混凝土设计技术规定 1 范围 本标准规定了 架空输电线路中的钢骨钢管混凝土的设计方法 。 本标准适用于 架空输电线路中的钢骨钢管混凝土构件的设计 。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的 引用文件，仅 注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 700 碳素结构钢 GB/T 1228 钢结构用高强度大

5、六角头螺栓 GB/T 1229 钢结构用高强大六角螺母 GB/T 1230 钢结构用高强度垫圈 GB/T 1231 钢结构用高强大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件 GB/T 1591 低合金高强度结构钢 GB/T 3632 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副 GB/T 5117 非合金钢及细晶粒钢焊条 GB/T 5118 热强钢 焊条 GB/T 5313 厚度方向性能钢板 GB/T 5780 六角头螺栓 C 级 GB/T 5782 六角头螺栓 A 级和 B 级 GB/T 8110 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 GB 50009 建筑结构荷载规范 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB

6、 50011 建筑抗震设计规范 GB 50017 钢结构设计规范 GB 50068 建筑结构可靠度设计统一标准 GB 50223 建筑工程抗震设防分类标准 GB 50936 钢管混凝土结构设计规范 DL/T 5154-2012 架空输电线路杆塔结构设计技术规定 JGJ/T 283-2012 自密实混凝土应用技术规程 3 术语和 定义 下列术语和 定义 适用于本文件。 3.1 钢骨钢管混凝土 steel reinforced concrete-filled steel tubes Q/GDW 11592 2016 2 核心混凝土内包含钢骨的 钢管混凝土构件。 3.2 截面含钢率 steel ra

7、tio of cross section 构件截面中钢骨与钢管的面积之和与混凝土的面积之比。 3.3 组合截面面积 composite area of cross-section 钢骨、钢管和混凝土的截面总面积。 3.4 组合惯性矩 composite moment of inertia 钢骨、钢管和混凝土截面对中和轴的惯性矩之和。 3.5 组合轴压刚度 composite compression rigidity 钢骨、钢管和混凝土轴压刚度之和。 3.6 组合抗弯刚度 composite bending rigidity 钢骨、钢管和混凝土抗弯刚度之和。 4 符号 下列符号适用于本文件。 4

8、.1 作用、作用效应和抗力 N、 N t、 M、 T、 V 轴向压力、拉力、弯矩、扭矩、剪力 设计 值； N0 、 Nut 、 M0、 T0、 V0 钢管混凝土构件抗压、抗拉、抗弯、抗扭、抗剪承载力设计值 ； Sd 正常使用极限状态的荷载效应组合； SGd 荷载效应组合 中的永久荷载效应部分； Ncr 欧拉临界力； Nu 钢管混凝土的轴向受压承载力设计值； Nl 局部作用的轴向压力设计值； Nul 钢管混凝土柱的局部受压承载力设计值； My 边缘纤维抗拉或抗压屈服时的屈服弯矩抵抗值； MP 根据 截面塑性抵抗力分布分析所得的塑性弯矩抵抗值。 My 边 缘纤维抗拉或抗压屈服时的屈服弯矩抵抗值。其

9、中应力分布假设为线性，混凝土和钢材最大应力为 fc 和 fcr。 4.2 材料性能和抗力 Bsc、 Bscm 钢管混凝土构件截面的组合轴压弹性刚度、组合抗弯弹性刚度； Es、 Ec 钢材、 混凝土的弹性模量； Est,、 Esr 钢管、钢骨 的弹性模量； Q/GDW 11592 2016 3 Gst、 Gsr、 Gc 分别为钢管、钢骨、钢管内混凝土的剪变模量； Esc、 Escm 钢管混凝土构件 的组合弹性模量 、 组合抗弯弹性模量； fst、 fsr 钢管、钢骨的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； fs、 fy 钢材的抗 拉、抗压和抗弯强度设计值和标准值； fck、 fc 混凝土的抗压强度标准值、

10、设计值 ； fcr 计算钢骨钢管混凝土抗弯构件 边缘纤维屈服弯矩抵抗值时钢材最大应力； ftk、 ft 混凝土的轴心抗拉强度标准值、 设计值； fsc 钢管混凝土的组合抗压强度 设计值； fsv 钢管混凝土的组合抗剪强度设计值； fcr,v 钢骨钢管混凝土中钢管的抗剪强度设计值； fcor,v 核心钢骨混凝土的抗剪强度设计值。 4.3 几何参数 Asc 钢骨 -钢管混凝土或钢管混凝土构件的组合截面面积， 即钢管面积和管内混 凝土面积之和； Ag,st钢管毛截面面积； As、 Asr、 Ac 钢管、钢骨、 管内混凝土部分的面积； Al 局部受压面积； Ab 混凝土局部受压计算底面积； D 圆形

11、钢管 截面的 外 直径 e 作用荷载的偏心距； Isc、 Ist、 Isr、 Ic 组合构件、 钢管 、钢骨、 管内混凝土的截面惯性矩； EIeff 钢骨钢管混凝土构件有效抗弯刚度； L0 受压构件的计算长度； Le0 柱的等效计算长度； rc、 r 核心混凝和 圆钢管混凝土构件的截面半径； t 钢管的厚度； Wsc、 Wst、 Wsr、 Wc 钢管混凝土构件组合截面、 钢管 、钢骨、 管内混凝土的截面模量； 钢骨钢管混凝土柱受压考虑二阶效应 的 换算长细比； sc 钢管混凝土 构件的组合长细比，等于构件的计算长度与组合截面的回转半径之比； sc 钢管混凝土 构件的换算长细比； 4.4 计算系

12、数 sc 钢管混凝土构件的套箍系数标准值、 设计值； sc 与混凝土强度等级有关的套箍指标界限值； 钢管混凝土构件 轴心受压构件稳定系数； 1 钢管混凝土构件 考虑长细比影响的承载力折减系数； 2 钢管混凝土构件 考虑偏心率影响的承载力折减系数； 0 钢管混凝土构件 按轴心受压柱考虑的 1 值； s0 、 s 钢骨钢管混凝土构件中钢管强度修正系数 ； c0 、 c 钢骨钢管混凝土构件中混凝土强度修正系数； Q/GDW 11592 2016 4 kc 混凝土徐变影响系数； 钢骨混凝土强度修正系数； Kc 钢骨 -钢管混凝土等效截面抗弯刚度中混凝土截面刚度修正系数，取 0.6。 缺陷系数； c 与

13、混凝土强度等级有关的系数； sc 圆钢管混凝土的含钢率； m 弯矩等效系数； 1 悬臂柱自由端力矩设计值 M1 与嵌固端弯矩设计值 M2 的比值； 2 混 凝土局部受压强度提高系数； 角钢截面承载力与混凝土截面承载力的比值； A 角钢和钢管混凝土协同工作系数； 圆钢管混凝土的稳定系数； 钢骨 -钢管混凝土柱二阶效应承载力 折减系数。 5 材料 5.1 钢材 5.1.1 钢管、钢骨可采用 Q235、 Q345、 Q390 和 Q420 钢材。钢材质量应符合 GB/T 700 和 GB/T 1591以及 GB/T 5313 的规定。当有条件时，可采用其他牌号的钢材。 5.1.2 钢管宜采用直缝焊接

14、管和螺旋焊接管，也可采用无缝钢管。 5.1.3 钢材的材料性能取值应 按 GB 50017 采用。 5.1.4 抗震设计时，组合结构所用的钢材应符合 GB 50011 规定： 5.2 混凝土 5.2.1 钢管内的混凝土强度等级不应低于 C30，不宜高于 C80。混凝土的材料性能取值应按 GB 50010采用。 5.2.2 钢骨钢管混凝土和钢管混凝土构件中采用自密实混凝土时，其配合比设计、施工和质量检验、验收参见 JGJ/T 283-2012。 5.3 连接和材料 5.3.1 用于钢骨钢管混凝土构件的焊接材料应符合下列要求： a） 手工焊接用的焊条应符合 GB/T 5117 或 GB/T 511

15、8 的规定。选择的焊条型号应与被焊钢材的力学性能相适应 ； b） 自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应，并应符合现行有关标准的规定 ； c） 二氧化碳气体保护焊接用的焊丝应符合 GB/T8110 的规定。 d） 不同种类钢材相焊接时，宜采用与强度较低的钢材相适应的焊条或焊丝。 5.3.2 当采用螺栓等紧固件连接时，连接紧固件应符合下列规定： a） 普通螺栓应符合 GB/T 5780 和 GB/T 5782 的规定 ； b） 高强度螺栓应符合 GB/T 1228、 GB/T 1229、 GB/T 1230、 GB/T 1231 或 GB/T 3632 的规定 ； c） 普通螺栓连接和

16、高强度螺栓连接的设计应按 GB 50017 的规定进行。 5.3.3 焊缝的强度设计值应按 GB 50017 采用。 6 设计基本规定 Q/GDW 11592 2016 5 6.1 一般规定 6.1.1 钢骨钢管混凝土结构设计应充分考虑工程特点、材料供应、加工制作、构件运输和施工安装等具体条件，满足安全可靠、技术先进、经济合理、环境友好的要求。 6.1.2 采用钢骨钢管混凝土结构时，其建筑形体、结构体系、构件布置、结构材料及抗震设防标准，应符合 GB 50011 和 GB 50223。 6.1.3 对架空输电线路中的钢骨圆钢管混凝土构件，钢管外径与壁厚之比 D / t 不应大于 235125y

17、f。 6.1.4 钢骨钢管混凝土构件套箍系数设计值 sc 宜为 0.5 2.0，有抗震设防要求时 sc 宜大于 0.6，套箍系数设计值 sc 可按本规定相关条文规定计算。 6.1.5 钢骨钢管混凝土构件的容许长细比 不宜超过表 1 的限值。 表 1 构件的容许长细比 构件名称 主材 120 斜材 200 辅助材 250 受拉材 400 6.1.6 钢构件与钢管混凝土构件之间的连接，以及钢管混凝土结构施工安装阶段钢管的强度、变形和稳定性应按钢构件验算，钢骨可采用焊接或螺栓连接。 6.2 结构分析 6.2.1 按照 GB 50068， 采用以概率理论为基础的极限状态设计方法 , 用分项系数设计表达

18、式进行计算。 6.2.2 钢骨钢管混凝土结构在荷载作用下的内力和位移计算、抗风抗震验算及性能化设计，应按GB50009、 GB50011 有关要求开展 。 6.2.3 设计钢骨钢管混凝土结构时，应分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计 ： a） 按承载能力极限状态设计时，应考虑荷载效应的基本组合，必要时尚应考虑荷载效应的偶然组合。结构构件的承载力计算应采用荷载设计值。对有抗震设防要求的结构， 还 应按 GB 50011及其它国家现行有关标准进行结构和构件的抗震验算 ； b） 按正常使用极限状态设计时，应考虑荷载效应的标准组合。 6.2.4 钢骨钢管混凝土结构组合弹性刚度可按 公式（

19、1） -（ 3） 规定计算： EA=EstAst+EsrAsr+EcAc (1) EI=EstIst+EsrIsr+EcIc (2) GA=GstAst+GsrAsr+GcAc (3) 式中： EA 钢管混凝土柱的组合轴压刚度； EI 钢管混凝土柱的组合抗弯度； GA 钢管混凝土柱的组合剪切刚度； Est、 Esr、 Ec 分别为钢管、钢骨、钢管内混凝土的弹性模量； Q/GDW 11592 2016 6 Gst、 Gsr、 Gc 分别为钢管、钢骨、钢管内混凝土的剪变模量； Ast、 Asr、 Ac 分别为钢管、钢骨、钢管内混凝土的截面面积； Ist、 Isr、 Ic 分别为钢管、钢骨、钢管内混

20、凝土的截面惯性矩。 当考虑长期作用下混凝土徐变和收缩的影响时，上述公式中的混凝土弹性模量 Ec 应以 Ec取代 见公式（ 4） ，且： cddc 5.01 ESSE G ）（ (4) 式中 ： Ec 钢管混凝土中混凝土考虑长期影响的弹性模量； Sd 正常使用极限状态的荷载效应组合； SGd 荷载效应组合 Sd 中的永久荷载效应部分。 6.2.5 钢骨钢管混凝土结构用于输电杆塔结构时，其变形限值应符合现行电力行业标 准 DL/T 5154-2012 的规定。 7 轴力作用下的设计方法 7.1 实心圆钢管混凝土受压承载力计算 7.1.1 钢管混凝土的轴向受压承载力应满足 式（ 5）的要求 ： uN

21、N (5) 式中： N 轴向压力设计值； Nu 钢管混凝土的轴向受压承载力设计值。 7.1.2 钢管混凝土的轴向受压承载力设计值应按公式 （ 6） -（ 10） 计算： o21u NN (6) 1）当 sc sc 时： )1(9.0 sccc0 fAN (7) 2）当 sc sc 时： )1(9.0 scsccc0 fAN (8) ccststsc fAfA (9) 且在任何情况下均应满足下列条件： o21 (10) 式中： N0 圆钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值； Q/GDW 11592 2016 7 sc 圆钢管混凝土的套箍指标； c 与混凝土强度等级有关的系数，按表 2 取值； s

22、c 与混凝土强度等级有关的套箍指标界限值， sc=1/(-1)2，按表 2 取值； Ac 钢管内的核心混凝土横截面面积； fc 核心混凝土的抗压强度设计值； Ast 钢管的横截面面积； fst 钢管 的抗拉、抗压强度设计值； 1 考虑长细比影响的承载力折减系数，按 7.1.4 的规定确定； 2 考虑偏心率影响的承载力折减系数， 按 7.1.3 的规定确定； 0 组合柱按轴心受压考虑的 1 值。 表 2 系数 c、 sc 混凝土等级 C50 C55C80 c 2.00 1.8 sc 1.00 1.56 7.1.3 钢管混凝土柱考虑偏心率影响的承载力折减系数 2 ，应 按 公式 （ 11） -（

23、13） 计算： 当 oc1.55er 时， co2 85.111re(11) NMe 2o (12) 当 oc1.55er 时， c0112 3.016.592.31re (13) 式中： e0 柱端轴向压力偏心距之较大者； rc 核心混凝土横截面的半径； M2 柱端弯矩设计值的较大者； N 轴向压力设计值。 7.1.4 钢管混凝土柱考虑长细比影响的承载力折减系数 1 ，应按公式 （ 14） -（ 16） 计算： Q/GDW 11592 2016 8 当 30/0e DL 时： 4/115.01 0e1 DL (14) 当 30/4 0e DL 时： )4/(0226.01 0e1 DL (1

24、5) 当 4/0e DL 时： 11 (16) 式中： D 钢管的外直径； Le0 柱的等效计算长度，按 7.1.5 和第 7.1.6 的规定确定 。 7.1.5 柱的等效计算长度应按公式 （ 17） 计算： kLL 0e (17) 式中： L 柱的实际长度； 考虑柱端约束条件的计算长度系数，根据梁柱刚度的比值，按 GB50017 确定； k 考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数，按第 7.1.6 的规定确定。 7.1.6 钢管混凝土柱考虑柱身弯矩分布梯度影响的等效长度系数 k ，应按公式 （ 18） -（ 21） 计算： a) 轴心受压柱和杆件 (图 1a)： 1k (18) b) 无侧移

25、框架柱 (图 1b、 c)： 22.03.05.0 k (19) 式中： 柱两端弯矩设计值之较小者 1M 与较大者 2M 的比值 12MM ， 12MM ，单曲压弯时， 为正值，双曲压弯时， 为负值； c) 有侧移框架柱 (图 1d)和悬臂柱 (图 1e、 f)： 当 oc/ 0.8er 时 co /625.01 rek (20) 当 oc/ 0.8er 时， 0.5k 。 当自由端有力矩 1M 作用时， 2)1( 1k (21) 式中： Q/GDW 11592 2016 9 1 悬臂柱自由端力矩设计值 1M 与嵌固端弯矩设计值 2M 的比值，当 1 为 (双曲压弯 )时，则按反弯点所分割成的

26、高度为 2L 的子悬臂柱计算 (图 1f)。 并将式 (20)与式 (21)所得 k 值进行比较，取其中之较大值。 a) 轴心受压 b) 无侧移单曲压弯 c) 无侧移双曲压弯 d) 有侧移双曲压弯 e) 单曲压弯 f) 双曲压弯 说明： 1 无侧移框架系指框架中设有支撑架等支撑结构，且其抗侧移刚度不小于框架抗侧移刚度的 5 倍者。有侧移框架系指框架中未设上述支撑结构或 支撑结构的抗侧移刚度小于框架抗侧移刚度的 5 倍者。 2 嵌固端系指相交于柱的横梁的线刚度与柱的线刚度的比值不小于 4 者，或柱基础的长和宽均不小于柱直径的 4 倍者。 图 1 框架柱及悬臂柱计算简图 7.1.7 对轴压构件和偏

27、心率不大于 0.3 的偏心受压构件，当由永久荷载引起的轴向压力占全部轴向压力的 30%及以上时，应考虑混凝土徐变的影响，钢管混凝土柱的轴向压力设计值 N 满足 式（ 22） 要求： uNkN c (22) 式中： Nu 一次加载时钢管混凝土的轴向受压承载力设计值，按 式 （ 6） 计算； kc 钢管混凝土柱的徐变折减系数，按表 3 取值 Q/GDW 11592 2016 10 表 3 徐变折减系数 kc 长细比 永久荷载占比例 % Q235 Q345 Q390 Q420 混凝土A 混凝土B 混凝土A 混凝土B 混凝土A 混凝土B 混凝土A 混凝 土 B 60 90 30 0.95 0.93 0

28、.96 0.95 0.96 0.95 0.96 0.95 50 0.91 0.89 0.93 0.92 0.94 0.92 0.92 0.90 70 0.88 0.87 0.92 0.89 0.93 0.89 0.91 0.89 90 120 30 0.86 0.82 0.89 0.86 0.88 0.89 0.89 0.88 50 0.81 0.77 0.83 0.79 0.87 0.83 0.88 0.83 70 0.77 0.73 0.81 0.77 0.83 0.80 0.86 0.81 注： 表中混凝土 A 是 C30 和 C40，混凝土 B 是 C50， C60， C70 和 C8

29、0。 7.2 实心圆钢管混凝土受拉承载力计算 7.2.1 钢管混凝土 的轴向受拉和拉弯构件时，承载力应满足 式（ 23） -（ 24） 要求： 1uut MMNN （ 23) ststut fAN (24) 式中 ： N 轴向拉力设计值； M 柱端弯矩设计值的较大者； Nut 钢管混凝土的轴向受拉承载力设计值； Mu 钢管混凝土的受弯承载力，按照 Mu=0.3rcN0 计算 ， rc 核 心混凝土横截面的半径 。 7.3 钢骨圆钢管混凝土受压承载力计算 7.3.1 钢骨钢管混凝土的轴向受压承载力应满足 式（ 25） 要求： uNN (25) 式中： N 轴向压力设计值； Nu 钢骨钢管混凝土的

30、轴向受压承载力设计值。 7.3.2 钢骨钢管混凝土短柱轴向受压承载力设计值应按公式 （ 26） 计算： Q/GDW 11592 2016 11 srsrcky s tcccststu )1( fAffDtfAfAN s (26) 该公式适用于 0.5 时： 式中： Nu 钢骨圆钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值； Ac 钢管内的核心混凝土横截面面积； fc 核心混凝土的抗压强度设计值； Asr, Ast 钢管、钢骨的横截面面积； fsr, fst 钢管、钢骨的抗拉、抗压强度设计值； fyst 钢管抗压屈服强度； t 外钢管壁厚度； D 圆钢管外径值； fck 核心混凝土抗压强度标准值； s

31、钢管强度修正系数 ，按 7.3.4 的 规定确定； c 混凝土强度修正系数， 按 7.3.4 的 规定确定。 钢骨圆钢管混凝土换算长细比，按 7.3.6 的规定确定 。 7.3.3 钢骨钢管混凝土受压考虑二阶效应承载力设计值应按下列 式（ 27） 计算： 0u uNN (27) 式中： u0N 钢骨圆钢管混凝土短柱承载力，按 7.3.2 计算； 折减系数，按 7.3.5 的规定确定。 7.3.4 钢骨钢管混凝土柱受压考虑二阶效应承载力计算时钢管强度修正系数 ( s )和混凝土强度修正系数 ( c )，应按 式（ 28） -（ 32） 计算： 当 e=0 时， s0s ； c0c (28) 当 0 / 0.1ed时， )/10)(1( s0s0s de )/101(c0c de (29) 当 / 0.1ed 时， 0.1s ； 0c (30) 其中， s0 和 c0 按下式计算： ）（ 2325.0s0 ， 0.1s0 (31) Q/GDW 11592 2016 12 2c0 175.189.4 ， 0c0