塔脚板承载力计算在新旧规范中的对比分析

陈山山

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081)

0 引 言

输电铁塔塔脚板是铁塔结构中的重要节点，其作用是将铁塔主材及斜材轴力传递给基础，使铁塔与基础能有效的连接起来，确保上部结构承受各种外力作用，起到承上启下的关键作用，对铁塔运行的安全可靠至关重要。2021年2月1日起《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》(DL/T 5486—2020)(简称新规范)正式实施，取代旧规范《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154—2012)。经过计算对比分析，新旧规范对四地脚螺栓靴板式有加劲塔脚板计算方法有较大区别。本文通过对新旧规范关于四地脚螺栓靴板式塔脚板的抗拉承载力计算结果进行对比分析，为新规范在未来工程设计中的应用提供参考。

1 新旧规范塔脚板计算公式对比

《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》四地脚螺栓塔脚板计算公式如下[1](计算模型见图1)：

式中，T为底板上作用的拉力;B为塔脚板宽度；Yi为第i个区隔地脚螺栓中心至主角钢的距离，bi为第i个区隔的宽度。

图1 旧规范四地脚螺栓塔脚板计算模型

旧规范对于四地脚螺栓受拉塔脚板计算方法的前提是将地脚螺栓作用于底板的拉力等效为作用于整个底板的均布力，这与实际塔脚板受力情况存在差异。另外，旧规范忽略了靴板端部加劲板的加强作用，将所有区隔均假定为理想的两边固支、两边自由的受弯薄板，这也使得设计结果偏于保守。从工程实践来看，无论是安全运行的铁塔，还是事故倒塔的铁塔，或是真型试验最终破坏的铁塔，到目前为止还没有发现因塔脚板强度不足而引起破坏的实例。

《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》基于结构极限分析理论、按照边缘屈服准则对四地脚螺栓靴板式有加劲塔脚板计算公式进行了优化，认为对角区隔Ⅰ和区隔Ⅱ(见图2)为塔脚板受力条件最不利区隔，塔脚坂厚度取区隔Ⅰ和区隔Ⅱ计算结果的大值，并按下列公式进行计算[2]：

t=max(t1，t2)

对于区隔Ⅰ：

对于区隔Ⅱ：

式中，T为底板上作用的拉力；y1为区隔Ⅰ地脚螺栓中心至靴板的距离；b1为区隔Ⅰ的宽度；L为区隔Ⅰ的加劲板长度，规范要求L不小于螺栓中心至靴板的距离；y2为区隔Ⅱ地脚螺栓中心至主角钢的距离；b2为区隔Ⅱ的宽度。

图2 新规范四地脚螺栓靴板有加劲塔脚板计算模型

通过对比计算模型及公式，新旧规范都是将塔脚板分为4个区隔，强度由受力最不利的区隔控制；塔脚板厚度根据塔脚板所受弯矩计算受弯应力所得，两规范都符合钢结构“强节点、弱构件”的设计原则[3]。不同点在于旧规范中塔脚板厚度受主材相邻区隔尺寸影响，认为塔脚板厚度仅由主材所在区隔尺寸来控制；且不考虑加劲板对塔脚板承载力的加强作用，加劲板不参与计算，制图时加劲板尺寸及规格仅根据设计人员常规经验进行布置。而新规范中认为塔脚板厚度受主材对角区隔尺寸影响，新规中对于工程中常用的靴板式有加劲塔脚板的计算考虑了加劲板的加强作用；且对加劲板的构造给出了具体要求，即加劲板的长高比为0.5～1.0，厚度取靴板厚度的0.6～0.7倍。同时，新规认为靴板式塔脚板受压时，由于靴板及加劲板的竖向刚度较大而底板的竖向刚度相对较小，底板和基础间的底板和基础间的压力并非均匀分布，而是主要分布在靴板和加劲板附近；因此底板承受的弯矩相对较小，受压工况一般不控制底板的厚度；故新规并不考虑靴板式塔脚板的受压计算。

2 新旧规范塔脚板计算结果对比

现将不同规格地脚螺栓对应的塔脚板构造尺寸及厚度计算结果示于表1(见表1)。塔脚板构造尺寸按照《输电线路杆塔制图和构造规定》(DL/T 5442—2020)[4]取值。根据表1计算结果，在相同拉力条件下，新规塔脚板计算厚度较旧规范有所减小，减小值约在2～5 mm之间；且塔脚板所受拉力越大，新旧规范计算结果差异越大。可见考虑了加劲板的有利作用后，新规塔脚板厚度计算结果更加经济合理。

表1 新旧规范塔脚板厚度计算对比

3 新旧规范塔脚板计算公式优劣对比

对于靴板式有加劲塔脚板计算公式，虽然旧规范相对较为保守[5]，但因加劲板不参与计算，仅作为塔脚板构造的加强措施，制图时加劲板尺寸可按照设计经验灵活取值。这种处理方法非常简便，不仅能保证工程安全，还大大减少了设计人员的计算工作。

但对于新规范计算公式，因山地塔为适应地形需要须做长短腿设计，这就导致不同接腿斜材与塔脚板平面夹角不同，受该夹角构造影响，进而引起同一塔型下不同接腿的塔脚加劲板尺寸不同；即接腿越短，加劲板尺寸越小。这对于根开较小的直线塔影响尤为明显，部分加劲板需做成倾斜处理才能满足构造要求(见图3)；但这与规范给出的计算模型图示又有出入，且加劲板倾斜处理后，其对塔脚板是否有足够的加强作用不得而知，这时规范公式的适用性又需进一步考虑。若根据不同接腿计算不同的塔脚坂，因每个塔型长短腿合计有数十个之多，这不仅会大大增加设计人员的计算工作量，也不符合铁塔通用设计理念。

图3 倾斜式加劲板示意

4 结 论

通过对新旧规范关于四地脚螺栓靴板式塔脚板公式的对比分析，确定了新规范实施后对塔脚板计算结果的定性影响，明确了新旧规范对塔脚板厚度计算结果的差异，并对新旧规范公式的优劣进行了对比。

(1) 新旧规范都是将塔脚板分为4个区隔，强度由受力最不利的区隔控制，塔脚板厚度根据塔脚板所受弯矩计算受弯应力所得，两规范都符合钢结构“强节点、弱构件”的设计原则。

(2) 在考虑了加劲板的有利作用后，新规范塔脚板计算厚度较小，新规范较旧规范计算结果更加经济合理。

(3) 新规范未给出倾斜式加劲板的计算方法及处理原则，对长短腿塔脚板的计算缺乏通用性，新规范的实施会增加设计人员的计算工程量。