广西送变电建设公司 广西南宁
摘要：随着全球化的不断深入，各类海外工程设计项目的数量有了大幅的增加。了解世界各国输电线路风荷载的相关规范要求，对于我国输电线路风荷载技术的提升有极大的指导意义。本文将我国的基本风速、风荷载调整系数、风压高度系数变化等与美国、英国等国家规范的输电线路风荷载相对比，希望能为我国的输电线路规范提供一定的参考意见。
关键词：中外规范；输电线路；风荷载；比较研究
输电塔是十分典型的高耸建筑结构，有着柔度大、阻力小、自重轻等特点，是一种十分明显的风敏感结构。近年来，随着全球气候的不断恶化，输电线路的防护受到了越来越多的关注，而风荷载对于输电线路的影响也引起了更大的重视。
一、基本风速与风压
（一）基本风速
在确定最大设计风速时，我国的新规范是：按照该地区气象台站10min时距离年平均最大风速为样本，概率模型使用极值Ⅰ型分布。其余规范与新规范的标准高度都是10m，并按照Gumbal极值Ⅰ型的分布来统计分析每年最大的风速，从而确定基本风速，但其中的标准参数规范各有不同。其中，我国的B类地貌（α=0.16），与IEC中的B类地貌（α=0.16）、英国的BS8100中的Ⅲ类地貌（α=0.165）、以及美国的ASCE中的C类地貌（α=0.143）基本相近。其中，除了英国的BS8100中存在5类地貌外，其余都是分为4类地貌。IEC规范、英国的BSB8100规范、以及美国的ASCE规范分别规定10min、1h以及3sec为平均风速时距。
（二）风压
我国规范中的杆塔风载的规定标准值计算公式为：
W=Wo·μz·μs·βz·Af
其中Wo是基本风压值；μz是风压高度的变化系数，一般可按照地面的粗糙的B类地貌来进行计算；Af为塔杆承受的风力压力迎风面积；μs为构件的风荷载体型系数；βz为塔杆的风振系数。
美国规范的计算公式为：
F=γw·Q·Kzt·Kz·Cf·V²50·G·A
其中F是风向的风荷载；Q是空气的密度Kzt是地形地貌对于风荷载的影响系数；γw是风荷载重现期的调整系数；Kz是风荷载高度的变化系数；Cf是风力系数；V50是50年重现期内3s的阵风风速；G是阵风的响应系数；A是构件承受风力压力的投影面积。在风荷载的计算中，对于不同体型系数，其规范的计算方法都有所不同。
二、计算举例
（一）基本参数
以某500kv线路的双回路直线角钢塔Z1为分析对象，对其风荷载值进行了计算对比。其基本参数为：地线型号：GJ-120（外径14.5mm）；导线型号：LHAGJ-630/45（外径为33.6mm）；水平档距：Lh=750m；设计风速为27m/s；呼称高度为51m。其角钢塔及横担的主要材料为Q345高强钢，下横担主材为180x18H和180x16H，中横担主材为180x18H和180x16H，上横担主材为180x16H和180x14H。杆塔塔身变坡一下的主材都是双角钢2180x14H。
（二）塔身的风荷载比较
按照各国规范对其风压分段的风荷载进行计算，计算结果如图1所示。其中ASCE与 IEC都是选取50年一遇的风压值来计算。由图可知，各国风压变化趋势基本一致，只是横担处由于其迎风面积加大，因此形成一个风压突变。可以看出，在高度较低时，我国规范的计算结果相对于国外规范偏小，但高度较高时又明显大于其他规范。究其原因，主要是由于我国规范计算风振系数时，使用的是由下至上渐渐加大的风振系数，而且加权值高于1.6。美国使用的是不变化的阵风系数，英国的BS8100与IEC都是使用了变化幅度较小的风振系数。
（三）导地线的风荷载比较
我国新规范中指出：500kV、750kV的输电线路及该线路大跨越重现期，应该选取50年，设计风速最小为27m/s。而与之相比，美国规范使用的是3s时距，进行风速换算后的设计风速为38.18；英国则是使用1h时距，进行风速换算后的设计风速为25.19m/s。
我国的风荷载计算结果与IEC及英国规范下计算得出的风荷载较为相近，但比美国大5%左右。而且我国对于最小风速有一定的规定，即50年重现期时的风速低于27m/s时，我国的大部分地区的500kV输电线路的设计风速的重现期大多在50年以上甚至长达100年，因此有一定的安全余度。
图1 各分段高度风压变化图
三、总结
本文对输电线路风荷载的中外规范进行了对比研究，总结分析，其对比结果主要有以下几点：
（一）我国规范的线形风荷载计算值相较于美国ASCE有些偏大，但与英国BS8100以及IEC计算结果较为相近。
（二）我国的体型系数取值相较于国外各国规范较小。
（三）在全塔风振系数不统一时，就底部剪力分析，我国规范比英国BS8100偏大，和IEC（150年重现期）与美国ASCE（100年重现期）的计算结果较为相近。
（四）在全塔（呼高小于60m）风振系数统一时，我国规范的计算值处在IEC的50年与150年重现期、美国ASCE50年与150年重现期之间。与英国BS8100相差3%左右，较为相近。但由于我国的重现期规范相较于国外规范较低，以IEC举例分析，它的500kV输电线路的重现期规范为150年，但其150年重现期的计算取值比我国高了11%~12%左右。因此，比较来说，对于电压等级较高、矮呼称高的杆塔来说，我国的规范计算值明显小于国外规范。
（五）总得来说，我国的新规范把基本风速的基本值设置为10m，将500kV输电线路的重现期提高至50年，能够极大的提高设计的安全性。
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论文作者:江卫国
论文发表刊物:《基层建设》2015年31期
论文发表时间:2016/9/28
标签：荷载论文; 风速论文; 系数论文; 我国论文; 风压论文; 英国论文; 输电线论文; 《基层建设》2015年31期论文;