1、Q/GDW 11136 2013 1 国家电网公司企业标准Q/GDW111362013输电线路中空夹层钢管混凝土杆塔设 计 技 术 规 定Technical specification for transmission lines concrete-filled double skin steel tubular poles and towers2014-04-15发布 2014-04-15实施 国家电网公司 发 布 Q/GDW ICS 备案号：CEC Q/GDW 11136 2013 I 目 次 前言 1 范围 1 2 规范性引用文件 1 3 术语和定义 1 4 符号、代号和缩略语 2 4.
2、1 作用和作用效应设计值 2 4.2 计算指标 2 4.3 几何参数 3 4.4 计算系数及其他 3 5 材料 3 5.1 钢材 3 5.2 连接材料 4 5.3 混凝土 4 5.4 防腐 4 6 设计基本规定 4 6.1 一般规定 4 6.2 设计指标 5 6.3 结构或构件的变形 7 7 构件承载力计算 7 7.1 计算规定 7 7.2 轴心受力构件承载力计算 7 7.3 受弯、压弯和拉弯构件承载力计算 9 7.4 考虑长期荷载作用影响的构件承载力验算 11 7.5 节点区侧向局部受压验算 14 7.6 耐撞性 16 7.7 腐蚀后承载力验算 16 7.8 夹层混凝土脱空容许限值和承载力计
3、算方法 16 8 结构构造措施 17 8.1 一般规定 17 8.2 节点 17 8.3 法兰连接 23 8.4 插板连接 23 8.5 柱与基础节点 23 9 施工与验收 24 9.1 一般规定 24 9.2 钢管构件的制作与施工 25 9.3 混凝土施工 25 9.4 验收 25 Q/GDW 11136 2013 II 附录 B（规范性附录） 轴心受压构件的稳定系数 28 编制说明 31 Q/GDW 11136 2013 III 前 言 中空夹层钢管混凝土是一种新型的钢 -混凝土组合构件形式。它继承了实心钢管混凝土承载力高、塑性和韧性好、耐火性能好以及施工方便等一系列优点。此外，由于其特殊
4、的截面形式，使得其具有如下优点：截面开展、抗弯刚度大、抗震性能好、混凝土用量少、自重较轻、节约基础造价等。根据电力可持续发展与建设要求，编制了本技术规定，规定适用于采用中空夹层钢管混凝土构件的输电线路格构式铁塔和电杆。 本标准由国家电网公司（总部有关部门）提出并解释； 本标准由国家电网公司科技部归口； 本标准主编单位：国网浙江省电力公司、浙江省电力设计院、清华大学； 本标准主要起草人：周兴扬、傅剑鸣、曹杰仁、郑海、高志林、韩林海、陈攀、姜文东、邢月龙、岳平、杨成钢、陶忠、杨有福、叶尹、郭勇、潘峰、李威、于清、王蕊、应志江、汪健、胡伟、吴建勇、王灿灿、赵汉鹰、夏之罡、陈小伟、黄宏、侯超、任庆新、
5、廖飞宇、李永进、徐悟、初金良、杨健伟； 本标准首次发布。 Q/GDW 11136 2013 1 交流输变电工程启动及竣工验收规程 1 范围 本标准规定了输电线路中空夹层钢管混凝土结构设计方面的相关计算方法和施工方面的相关方法。 本标准适用于电力杆塔的中空夹层钢管混凝土结构的设计和相关的施工与验收。 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 钢结构用高强度大六角头螺栓 GB/T 1229 钢结构用高强度大六角
6、螺母 GB/T 1230 钢结构用高强度垫圈 GB/T 1231 钢结构用高强度大六角头螺栓、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 5780 六角头螺栓 C 级 GB/T 5782 六角头螺栓 GB/T 3632 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副 GB/T 3633 钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副技术条件 GB/T 4172 焊接结构用耐候钢 GB/T 5117 碳钢焊条 GB/T 5118 低合金焊条 GB/T 8110 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝 GB/T 8923 涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级 GB 9711 双面埋弧螺旋焊管 GB/T 1
7、3793 直缝电焊钢管 GB 50010 混凝土结构设计规范 GB 50011 建筑抗震设计规范 GB 50017 钢结构设计规范 GB 50046 工业建筑防腐蚀设计规范 GB 50107 混凝土强度检验评定标准 GB 50204 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB 50205 钢结构工程施工质量验收规范 GB 50300 建筑工程施工质量验收统一标准 GB 50545-2010 110kV750kV 架空输电线路设计规范 Q/GDW 391 2009 输电线路钢管塔构造设计规定 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 Q/GDW 11136 2013 2 3.1 中空夹层钢管混凝土
8、结构 concrete-filled double skin steel tubular structure 由内、外两个截面形心重合的钢管组成，并在钢管夹层中浇筑素混凝土且共同受力的结构。 3.2 空心率 hollow ratio 中空夹层钢管混凝土中内钢管外直径与名义核心混凝土直径（圆套圆）的比值。 3.3 截面含钢率 section steel ratio 中空夹层钢管混凝土中外钢管横截面面积与夹层混凝土横截面面积的比值。 3.4 名义截面含钢率 nominal hollow ratio 中空夹层钢管混凝土中外钢管横截面面积与名义核心混凝土横截面面积的比值。 3.5 名义约束效应系数 n
9、ominal confinement effect factor 反映中空夹层钢管混凝土组合截面几何特征和组成材料物理特性的综合参数，为外钢管名义轴压承载力与外钢管内混凝土名义轴压承载力的比值。 3.6 加强环板 stiffening diaphragm 为构造中空夹层钢管混凝土刚性节点而设置的环向节点板。 4 符号、代号和缩略语 4.1 作用和作用效应设计值 M弯矩； Mc柱中心线处的梁支座弯矩； N轴力； V剪力。 4.2 计算指标 Ec混凝土的弹性模量； sE 钢材的弹性模量； (EA)sc中空夹层钢管混凝土的组合弹性抗压刚度； (EI)sc中空夹层钢管混凝土的组合弹性抗弯刚度； Gc混
10、凝土的剪变模量； Gs钢材的剪变模量；(GA)sc中空夹层钢管混凝土的组合弹性抗剪刚度； NE欧拉临界力； fck、 fc混凝土的轴心抗压强度标准值和设计值； fi内钢管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； fjv焊缝的抗剪强度设计值； fo外钢管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； fosc外钢管和夹层混凝土的组合轴压强度设计值； ftk、 ft混凝土的轴心抗拉强度标准值和设计值； fv钢材的抗剪强度设计值； fy钢材的屈服强度； fyi内钢管钢材的屈服强度； Q/GDW 11136 2013 3 fyo外钢管钢材的屈服强度。 4.3 几何参数 Ac夹层混凝土的横截面面积； Ace中空夹层钢管混
11、凝土的名义核心混凝土横截面面积； Asc中空夹层钢管混凝土构件的组合横截面面积； Asi内钢管的横截面面积； Aso外钢管的横截面面积； C中空夹层钢管混凝土外钢管的截面周长； D圆套圆中空夹层钢管混凝土的外钢管外直径； Di圆套圆中空夹层钢管混凝土的内钢管外直径； Dt圆套圆中空夹层钢管混凝土锥形柱较小一端的端部外钢管外直径； Db圆套圆中空夹层钢管混凝土锥形柱较大一端的端部外钢管外直径； Ic 混凝土的截面惯性矩； Isi内钢管的截面惯性矩； Iso外钢管的截面惯性矩； Isc中空夹层钢管混凝土的组合截面惯性矩； l0构件的计算长度； lt0锥形构件的计算长度； lj焊缝长度； be钢管管
12、壁的有效宽度； bj角焊缝包入的宽度； hf 焊缝高度； hj 腹板或肋板高度； ti内钢管管壁厚度； to外钢管管壁厚度； 锥度； 夹角。4.4 计算系数及其他 n轴压比、长期荷载比； 截面含钢率； n名义截面含钢率； h加强环板同时受垂直双向拉力的比值； m等效弯矩系数； 空心率； m1， m2截面抗弯承载力系数； 轴心受压构件的稳定系数； 长细比； 名义约束效应系数标准值； o名义约束效应系数设计值。 5 材料 5.1 钢材 5.1.1 为保证结构的承载能力和防止在一定条件下出现脆性破坏，应根据结构的重要性、荷载特点、结构形式、应力状态、连接方式、钢材厚度和工作环境等因素综合考虑，选用合
13、适的钢材牌号和材性。Q/GDW 11136 2013 4 中空夹层钢管混凝土中的钢管宜采用 Q235 钢和 Q345 钢，也可采用 Q390 钢和 Q420 钢，其质量要求应符合国家标准 GB/T 700 和 GB/T 1591 的规定。当采用其它种类的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定。 5.1.2 中空夹层钢管混凝土中的圆钢管宜采用符合国家标准 GB/T 13793 的直缝焊接管或符合国家标准GB 9711 的螺旋焊接管。钢管中的焊缝必须采用对接焊缝并符合不低于二级质量检验标准。 5.2 连接材料 5.2.1 用于中空夹层钢管混凝土构件的焊接材料应符合下列要求： a） 手工焊接的焊条，应符
14、合国家标准 GB/T 5117 或 GB/T 5118 的规定。选择的焊条型号应与母材的力学性能相适应。 b） 自动或半自动焊接用的焊丝和相应的焊剂应与主体金属力学性能相适应，并应符合有关标准的规定。 c） 二氧化碳气体保护焊接用的焊丝，应符合国家标准 GB/T 8110 的规定。 5.2.2 用于中空夹层钢管混凝土构件的连接紧固件应符合下列要求： a） 普通螺栓应符合国家标准 GB/T 5780 和 GB/T 5782 的规定。 b） 高强度螺栓应符合国家标准 GB/T 1228、 GB/T 1229、 GB/T 1230、 GB/T 1231（ GB/T 3632）和GB/T 3633 的
15、规定。 5.3 混凝土 5.3.1 混凝土可采用普通混凝土或高强高性能混凝土，水灰比应控制在 0.45 及以下。用于钢管中的混凝土强度等级不宜低于 C30 级，其强度等级、力学性能和质量标准应符合国家标准 GB 50010 和 GB 50107的规定。 5.3.2 材料选择时宜参照如下原则：随着钢材强度等级的提高，夹层混凝土等级强度也需要相应提高。 5.3.3 中空夹层钢管混凝土中混凝土的收缩值 (sh)t 可按附录 A 所列的方法进行计算。 5.4 防腐 5.4.1 对于外露环境，且对耐腐蚀有特殊要求的或在腐蚀性气态和固态介质作用下的承重结构，宜采用耐候钢，其质量要求应符合现行国家标准 GB
16、/T 4172 的规定。 5.4.2 中空夹层钢管混凝土的外钢管必须采取防锈措施（除锈后涂以油漆或金属镀层），防锈和防腐蚀采用的涂料、钢材表面的除锈等级以及防腐蚀对钢结构的构造要求等，应符合现行国家标准 GB 50046和 GB/T 8923 的规定。 6 设计基本规定 6.1 一般规定 6.1.1 中空夹层钢管混凝土结构设计必须贯彻国家的基本建设方针和技术经济政策，充分考虑工程情况、材料供应、构件运输、安装和施工的具体条件，合理选用结构方案，做到安全可靠、先进适用、经济合理、资源节约、环境友好。 6.1.2 本规定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式进行计算。 6.1
17、.3 设计中空夹层钢管混凝土结构时，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，尚应按国家标准GB 50011 及其它国家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。 6.1.4 中空夹层钢管混凝土结构抗震设计宜按国家标准 GB 50011 的相关规定采用。 6.1.5 中空夹层钢管混凝土结构内、外钢管的壁厚不宜小于 4 mm，混凝土最大骨料尺寸不宜大于内、外钢管之间的净间距的 1/
18、3。外钢管的外直径 D 与其壁厚ot 之比不得大于无混凝土时相应限值的 1.5 倍，Q/GDW 11136 2013 5 即，圆管：oDty235150f，内钢管的径厚比限值应按国家标准 GB 50017 对于空钢管轴心受压构件的相应规定取值。 6.1.6 中空夹层钢管混凝土的空心率宜控制在 0 0.75 之间。空心率按下列公式计算： io2DD t =（ 1） 式中： 中空夹层钢管混凝土的空心率； iD中空夹层钢管混凝土的内钢管外直径； D圆套圆中空夹层钢管混凝土的外钢管外直径； ot外钢管管壁厚度。 6.1.7 当中空夹层钢管混凝土在地震区使用时，圆套圆中空夹层钢管混凝土构件的名义约束效应
19、系数标准值 不应小于 0.6。名义约束效应系数标准值按下式计算： so yo yonce ck ckA ffA ff=iii（ 2） 式中： n名义截面含钢率（nsoce/A A = ）； soA外钢管的横截面面积； ceA中空夹层钢管混凝土的名义核心混凝土横截面面积，对于圆套圆中空夹层钢管混凝土，2ce 0(2)/4ADt= ； yof外钢管钢材的屈服强度； ckf混凝土的轴心抗压强度标准值。 6.1.8 预制构件尚应按制作、 运输及安装的荷载设计值进行施工阶段的验算， 预制构件自身吊装的验算，应将构件自重乘以放大系数 1.5。 6.2 设计指标 6.2.1 热轧或由热轧钢板焊接而成的钢管的
20、钢材强度设计值应按表 1 采用。 6.2.2 冷弯薄壁型钢钢管的钢材强度设计值应按表 2 采用，表中数值适用于钢管管壁厚度小于或等于6mm 的情况。 表 1 热轧钢材的强度设计值（ N/mm2） 钢 材 牌号 厚度或直径 （ mm） 分组 抗拉、抗压和抗弯 f 16 第一组 215 16 40 第二组 205 Q235 钢 40 60 第三组 200 16 第一组 310 16 35 第二组 295 Q345 钢 35 50 第三组 265 16 第一组 350 16 35 第二组 335 Q390 钢 35 50 第三组 315 Q/GDW 11136 2013 6 表 1（续） 钢 材 牌
21、号 厚度或直径 （ mm） 分组 抗拉、抗压和抗弯 f 16 第一组 380 16 35 第二组 360 Q420 钢 35 50 第三组 340 表 2 冷弯成型钢材的强度设计值（ N/mm2） 牌 号 抗拉、抗压和抗弯 fQ235 钢 205 Q345 钢 300 6.2.3 钢材的物理性能指标应按表 3 采用。 表 3 钢材的物理性能指标 弹性模量 Es （ N/mm2） 剪变模量 Gs（ N/mm2） 2.061057.91046.2.4 混凝土的强度设计值、强度标准值和弹性模量应按表 4 采用。 表 4 混凝土强度指标和弹性模量（ N/mm2） 混凝土 强度等级 C30 C35 C4
22、0 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 C80轴心抗压 fc14.3 16.7 19.1 21.1 23.1 25.3 27.5 29.7 31.8 33.8 35.9设计值 轴心抗拉 ft1.43 1.57 1.71 1.80 1.89 1.96 2.04 2.09 2.14 2.18 2.22轴心抗压 fck20.1 23.4 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 50.2标准值 轴心抗拉 ftk2.01 2.20 2.39 2.51 2.64 2.74 2.85 2.93 2.99 3.05 3.11弹性模量 Ec（ 104）
23、 3.00 3.15 3.25 3.35 3.45 3.55 3.60 3.65 3.70 3.75 3.806.2.5 中空夹层钢管混凝土的组合弹性抗压刚度按下式计算： sc s si so c c() ( )EA E A A E A=+ii （ 3） 式中： Es、 Ec 钢材和混凝土的弹性模量，分别按表 3 和表 4 确定； Asi、 Aso 内钢管和外钢管的横截面面积； Ac 夹层混凝土的横截面面积。 Q/GDW 11136 2013 7 6.2.6 中空夹层钢管混凝土的组合弹性抗弯刚度按下式计算： sc s si so c c() ( )EI E I I a E I=+iii （ 4
24、） 式中： Isi、 Iso、 Ic 内钢管、外钢管及夹层混凝土的截面惯性矩； a夹层混凝土刚度折减系数。对于圆套圆中空夹层钢管混凝土， 0.6a = 。 6.2.7 中空夹层钢管混凝土的组合弹性抗剪刚度按下式计算： sc s si so c c() ( )GA G A A G A=+ii （ 5） 式中： Gs 钢材的剪变模量，可按表 3 确定； Gc 混凝土的剪变模量，可按表 4 中混凝土弹性模量的 0.4 倍取值。 6.3 结构或构件的变形 6.3.1 中空夹层钢管混凝土结构用于输电塔结构时， 其变形限值应符合电力行业标准 GB 50545 的规定。 6.3.2 在进行结构的静力或动力弹
25、塑性分析时，应对结构整体进行分析，并采用合理的计算模型。 7 构件承载力计算 7.1 计算规定 7.1.1 中空夹层钢管混凝土柱的计算长度应按国家标准 GB 50017 的有关规定确定。 7.1.2 采用先安装空钢管结构后浇筑管内混凝土的方法施工中空夹层钢管混凝土结构时，应按施工阶段的荷载验算空钢管结构的强度和稳定性；在浇筑混凝土时，由施工阶段荷载引起的内、外钢管初始最大压应力值不应超过空钢管各自临界应力值的 30%。 7.1.3 中空夹层钢管混凝土构件的容许长细比可按国家标准 GB 50017 的有关规定确定。 7.1.4 中空夹层钢管混凝土格构式构件的焊缝计算及塔身与横担连接处的抗拉承载力
26、计算应按国家标准 GB 50017 的有关规定进行。 7.2 轴心受力构件承载力计算 7.2.1 单肢中空夹层钢管混凝土轴心受力构件的承载力应满足下式的要求： a）当构件轴心受压时： N uN i（ 6） uosc,ui,uNN N=+ （ 7） 式中： N中空夹层钢管混凝土轴心受压构件的轴心压力设计值； 轴心受压构件的稳定系数，见附录 B，其中 为构件的长细比； uN中空夹层钢管混凝土轴心受压构件的强度承载力； osc,uN外钢管和夹层混凝土的极限承载力，osc,u osc so c()NfAA=+i ； i,uN内钢管的极限承载力，i,u i siNfA= i ； siA内钢管的横截面面积
27、； if内钢管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； 外钢管和夹层混凝土的组合轴压强度设计值 fosc按下式计算： 2osc 1 1 o 2 o c(1.14 1.02 )f kC f C f=+iii i i （ 8） 式中： 1k钢材分组换算系数，第一组钢材1k 1；第二、三组钢材， Q235 和 Q345 钢，1k 0.96，Q390 和 Q420 钢，1k 0.94；钢材分组见表 1； Q/GDW 11136 2013 8 1C计算系数，1/(1 )C =+； 2C计算系数，2n(1 ) /(1 )C =+ + ； o构件截面名义约束效应系数设计值（so o oonce c cA ffA=
28、iii）； 构件截面含钢率（so c/A A = ）； n构件名义截面含钢率（nsoce/A A = ）； soA外钢管的横截面面积； cA夹层混凝土的横截面面积； ceA中空夹层钢管混凝土的名义核心混凝土横截面面积； 中空夹层钢管混凝土的空心率； of外钢管钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值； cf混凝土的轴心抗压强度设计值。 构件的长细比 按下式计算： 对于圆套圆中空夹层钢管混凝土： 022ii4(2)lD Dt =+（ 9） 对于两端铰接的中空夹层钢管混凝土锥形构件，其强度承载力计算截面取构件的最小截面，锥形构件的计算长度t0l 按下式计算： 0t021ll=+（ 10） 式中： 0l 和
29、锥形构件几何长度相同，边界条件相同的直柱构件的计算长度， 锥度； b ttD DD= （ 11） 式中： tD圆套圆中空夹层钢管混凝土锥形构件较小一端的端部外钢管外直径； bD圆套圆中空夹层钢管混凝土锥形构件较大一端的端部外钢管外直径。 b）当构件轴心受拉时： utNN （ 12） 式中：utN 为中空夹层钢管混凝土轴心受拉构件的强度承载力，按下式计算， ut 0 so i si1.1NfAfA=+ii （ 13） 7.2.2 中空夹层钢管混凝土格构式轴心受压构件应分别进行构件整体稳定承载力及单肢稳定承载力的验算。 7.2.3 采用圆套圆中空夹层钢管混凝土的格构式轴心受压构件整体稳定承载力按公
30、式（ 6）计算，其稳定系数 值根据构件的换算长细比查附录 B 确定，构件的换算长细比由表 5 给出。 表 5 中： 1 为单根弦杆在一个节间的长细比； o 为空钢管平腹杆的长细比； E 为钢材和混凝土的弹性模量比，Esc/EE = ； n 为单根弦杆的名义含钢率，nsoce/A A = ； 1 为单根弦杆外钢管面积和腹杆钢管横截面面积的比值，1so1/A A = ； Q/GDW 11136 2013 9 d 为单根弦杆外钢管面积和斜腹杆钢管横截面面积的比值，dsod/A A = ； b 为单根弦杆外钢管面积和平腹杆钢管横截面面积的比值，b so b/A A = ；io 为单根弦杆内钢管和外钢管横截面面积的比值，io si so/A
