ICS27.180

F11

T/CRES

中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)

T/CRESXXXX-2024

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架鋼材選取規(guī)范

Windturbinesspecificationfortowersteel-selection

（征求意見稿）

2024–XX–XX發(fā)布2024–XX–XX實(shí)施

中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CRESXXX-2024

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架鋼材選取規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鋼制塔架設(shè)計(jì)中常用鋼材和選取推薦方法。

本文件適用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鋼制塔架，包括塔筒、法蘭、門框、加強(qiáng)板等結(jié)構(gòu)件的鋼材選取。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T700碳素結(jié)構(gòu)鋼

GB/T1591低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

GB/T3375焊接術(shù)語

GB/T5313厚度方向性能鋼板

GB/T28410風(fēng)力發(fā)電塔用結(jié)構(gòu)鋼板

GB/T42600-2023風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求

3術(shù)語及定義

GB/T3375界定的及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

最低結(jié)構(gòu)溫度lowestcomponenttemperature

設(shè)計(jì)時(shí)考慮的會(huì)影響結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)的最低溫度。

3.2

最低環(huán)境溫度lowestambienttemperature

在一定重現(xiàn)周期內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組服役所在地以小時(shí)計(jì)的環(huán)境溫度最低值。對(duì)于處于空氣環(huán)境中

的結(jié)構(gòu)，最低環(huán)境溫度則為一小時(shí)內(nèi)的最低氣溫。

3.3

臨界應(yīng)力水平criticalstresslevel

設(shè)計(jì)時(shí)考慮的結(jié)構(gòu)在拉力和彎矩作用下產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力。

3.4

冷成形度Degreeofcoldforming（DCF）

金屬結(jié)構(gòu)件經(jīng)冷彎加工后，用百分比表示的塑性變形的程度。

4風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鋼制塔架常用鋼材

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T/CRESXXX-2024

4.1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組鋼制塔架常用鋼材有：Q235、Q355、Q420、Q460。

4.2Q235鋼材性能應(yīng)符合GB/T700的要求，Q355、Q420、Q460鋼材性能應(yīng)符合GB/T1591或GB/T28410

的要求。

4.3國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)對(duì)照關(guān)系可參考附錄A。

5鋼材選取方法

5.1總則

根據(jù)最低結(jié)構(gòu)溫度、結(jié)構(gòu)的臨界應(yīng)力水平和厚度方向性能來選取合適的鋼材厚度和鋼材牌號(hào)。

5.2基于強(qiáng)度與韌性的鋼材選取

5.2.1評(píng)估程序

5.2.1.1考慮因素

關(guān)于鋼材牌號(hào)的選取應(yīng)考慮以下因素：

a)鋼材屬性：

1)與鋼材厚度相關(guān)的屈服強(qiáng)度fy(t)；

2)鋼材的質(zhì)量等級(jí)。

b)結(jié)構(gòu)件特征：

1)結(jié)構(gòu)件的形狀和細(xì)節(jié)；

2)應(yīng)力集中程度；

3)厚度；

4)適當(dāng)?shù)闹谱魅毕菁僭O(shè)（例如厚度方向裂紋或者類半橢圓表面裂紋）。

c)設(shè)計(jì)條件：

1)最低結(jié)構(gòu)溫度TEd；

2)設(shè)計(jì)條件下的結(jié)構(gòu)臨界應(yīng)力水平σ；

3)冷成形度（DCF）εcf不大于表1要求，對(duì)于塔架筒節(jié)設(shè)計(jì)冷成形度不應(yīng)大于2。

注：對(duì)于塔架而言，DCF可以考慮為：[外徑對(duì)應(yīng)周長(zhǎng)-中徑對(duì)應(yīng)周長(zhǎng)）/中徑對(duì)應(yīng)周長(zhǎng)]%。

表1冷成形度取值(%)

折彎半徑r與材料厚度t的比值εcf

r/t≥25≤2

10≤r/t＜25≤5

3≤r/t＜10≤14

2≤r/t＜3≤20

5.2.1.2計(jì)算方法

最低結(jié)構(gòu)溫度TEd的計(jì)算：

a)常溫風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的最低結(jié)構(gòu)溫度TEd按-30℃考慮；

b)低溫風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的最低結(jié)構(gòu)溫度TEd按下式考慮：

最低結(jié)構(gòu)溫度TEd=最低環(huán)境溫度Tmd-10℃…………………(1)

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c)S類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架的最低結(jié)構(gòu)溫度TEd按公式（1）考慮；

d)S類風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架或者其他鋼結(jié)構(gòu)最低結(jié)構(gòu)溫度TEd也可以按下式考慮：

TEd=Tmd+△Tr+△Tσ+△TR+△Tε+△Tεcf……(2)

式中：

Tmd——最低環(huán)境溫度，單位為℃；

△Tr——與輻射損耗相關(guān)的調(diào)整量；

△Tσ——與應(yīng)力、材料屈服強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)件形狀與尺度相關(guān)的調(diào)整量；

△TR——安全裕度，反映了不同應(yīng)用時(shí)對(duì)應(yīng)的不同可靠性；

△Tε——除參考應(yīng)變率之外應(yīng)變率的調(diào)整量；

△Tεcf——與冷成形度相關(guān)的調(diào)整量。

其中：

△Tr，對(duì)于鋼制塔架設(shè)計(jì)，可以考慮取-5℃；

△TR，按第5.2.2條評(píng)估時(shí)，一般取0℃；

△Tσ，按第5.2.2條評(píng)估時(shí)，一般取0℃；

△Tε，一般取0℃。參考應(yīng)變率ε0=4×10-4/秒，此值可以覆蓋大部分設(shè)計(jì)情況；

使用其他應(yīng)變率時(shí)，△Tε按下式計(jì)算：

1440??(?)?1.5

△??=??×（??）……（3）

550?0

△Tεcf=-3×εcf×100（℃）。對(duì)于塔架設(shè)計(jì)，可以考慮取-5℃。

5.2.1.3臨界應(yīng)力水平σ的計(jì)算

一般考慮不帶安全系數(shù)的全工況極限載荷各分量計(jì)算結(jié)構(gòu)關(guān)鍵橫截面以及預(yù)期裂紋擴(kuò)展位置處的

名義應(yīng)力，對(duì)于門框等需要有限元分析的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，可以采用熱點(diǎn)應(yīng)力。當(dāng)選用其他載荷時(shí)，應(yīng)符合

GB/T42600-2023第6.3.2.3條規(guī)定。

5.2.1.4根據(jù)第5.2.1條的考慮因素，按第5.2.2條和表2選擇合適的鋼材。

5.2.2最大允許厚度

各鋼材牌號(hào)對(duì)應(yīng)不同臨界應(yīng)力水平σ和最低結(jié)構(gòu)溫度條件下鋼材允許的最大厚度應(yīng)符合表2規(guī)定。

考慮實(shí)際的臨界應(yīng)力水平σ，允許根據(jù)表2在0.25fy(t)≤σ≤0.75fy(t)的范圍內(nèi)進(jìn)行線性插值。

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T/CRESXXX-2024

表2鋼材允許最大厚度（mm）

沖擊功

鋼材牌號(hào)最低結(jié)構(gòu)溫度Ted/℃

CVN

溫度σ=0.75fy(t)σ=0.5fy(t)σ=0.25fy(t)

鋼級(jí)及質(zhì)量等級(jí)Jmin

℃100-10-20-30-40-50100-10-20-30-40-50100-10-20-30-40-50

B2027605040353025209075655545403513511510085756560

Q235C0279075605040353012510590756555451751551351151008575

D-20271251059075605040170145125105907565200200175155135115100

B20274035252015151065554540302525110958070605545

C027605040352520159580655545403015013011095807060

D-20279075605040352513511095806555452001751501301109580

Q355ND

-20401109075605040351551351109580655520020017515013011095

MD

NE

-5027155130110907560502001801551351109580210200200200175150130

ME

ND

-2040958065554535301401201008570605020018516014012010085

MD

Q420

NE

-502713511595806555451901651401201008570200200200185160140120

ME

ND

-20409070605040302513011095756555452001751551301159580

MD

Q460

NE

-50271251059070605040180155130110957565200200200175155130115

ME

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5.3基于厚度方向性能的鋼材選取

5.3.1一般要求

在T形、十字形和角形焊接的連接節(jié)點(diǎn)中，當(dāng)鋼板厚度不小于40mm且沿板厚方向有較高撕裂拉力作

用，包括較高約束拉應(yīng)力作用時(shí)，如圖1所示，該部位鋼板宜具有足夠的板厚度方向抗撕裂性能，即Z

向性能的合格保證。其沿板厚度方向端面收縮率不小于GB/T5313規(guī)定的Z15級(jí)。鋼板Z向性能等級(jí)應(yīng)根

據(jù)連接節(jié)點(diǎn)形式、板厚、熔深或焊縫尺寸、焊接時(shí)拘束度以及預(yù)熱、后熱情況等綜合確定。

圖1典型接頭層狀撕裂示意圖

5.3.2厚度方向性能確定

厚度方向性能，即Z向性能應(yīng)滿足：

ZEd≤ZRd….......................................(4)

式中：

ZEd——設(shè)計(jì)時(shí)要求的Z向性能；

ZRd——鋼材實(shí)際Z向性能。

ZEd可以按下式確定：

ZEd=Za+Zb+Zc+Zd+Ze………..(5)

式中，Za、Zb、Zc、Zd、Ze詳見表3說明。

表3影響ZEd的判據(jù)

焊腳尺寸（mm）Zi

aeff≤7a=5Za=0

7＜aeff≤10a=7Za=3

與金屬收縮應(yīng)變10＜aeff≤20a=14Za=6

a)

相關(guān)的焊腳尺寸20＜aeff≤30a=21Za=9

30＜aeff≤40a=28Za=12

40＜aeff≤50a=35Za=15

50＜aeffa>35Za=15

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T/CRESXXX-2024

表3影響ZEd的判據(jù)（續(xù)）

Zb=-25

角接接頭Zb=-10

單道角焊縫Za=0或者角焊縫Za>1,且為低強(qiáng)度焊材Zb=-5

多道角焊縫Zb=0

T形接頭、十字接

頭和轉(zhuǎn)角接頭的

b）

焊縫形狀和焊接

位置

局部或全熔透焊縫，且具有合適的焊接順序來降低收縮影響Zb=3

局部或全熔透焊縫Zb=5

角接接頭Zb=8

a

S≤10mmZc=2

a

10mm＜S≤20mmZc=4

a

20mm＜S≤30mmZc=6

a

材料厚度S對(duì)收30mm＜S≤40mmZc=8

c)

a

縮拘束度的影響40mm＜S≤50mmZc=10

a

50mm＜S≤60mmZc=12

a

60mm＜S≤70mmZc=15

a

70mm＜SZc=15

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T/CRESXXX-2022

表3影響ZEd的判據(jù)（續(xù)）

結(jié)構(gòu)其他部分對(duì)低拘束度：自由收縮（例如，T形接頭）Zd=0

d)焊后收縮遠(yuǎn)端拘中拘束度：受限的自由收縮（例如，箱梁橫隔梁）Zd=3

束的影響高拘束度：不能自由收縮（例如，正交異性橋面板中的縱梁）Zd=5

無預(yù)熱Ze=0

e）預(yù)熱影響

預(yù)熱溫度≥100℃Ze=-8

a如果在厚度方向存在占主導(dǎo)的壓力靜載荷，該值可以降低50%；

b

焊腳尺寸aeff見圖2所示。

圖2焊腳尺寸

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T/CRESXXX-2024

附錄A

（資料性附錄）

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)對(duì)照表

國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)對(duì)照見表A.1。

表A.1國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)對(duì)照表

GB/T1591GB/T28410EN10025-2EN10025-3EN10025-4

Q355BS355JR

Q355CS355J0

Q355DS355J2

Q355NDS355N

Q355NES355NL

Q355MDS355M

Q355MES355ML

Q420NDS420N

Q420NES420NL

Q420MDS420M

Q420MES420ML

Q460NDS460N

Q460NES460NL

Q460MDS460M

Q460MES460ML

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團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架鋼材選取規(guī)范》

編制說明

一、概述

《風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔架鋼材選取規(guī)范》是中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)為了規(guī)范風(fēng)電裝備

制造業(yè)塔架鋼材選取規(guī)范而首次制定。本次制定的主要內(nèi)容是：規(guī)范了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)

鋼材選取的原則，建立以結(jié)構(gòu)溫度、厚度、質(zhì)量等級(jí)和應(yīng)力水平為鋼材選取依據(jù)的評(píng)估體系

以及基于厚度方向性能的材料的選取原則，從而指導(dǎo)用戶合理選擇適宜的鋼材。

二、工作簡(jiǎn)況

（一）任務(wù)來源

本文件根據(jù)中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)文件——中再學(xué)[2023]8號(hào)的通知立項(xiàng)，啟動(dòng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)編

制任務(wù)。

本文件由中國(guó)可再生能源學(xué)會(huì)風(fēng)能專業(yè)委員會(huì)提出并歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)由金風(fēng)科技股份有限公司為牽頭單位的起草小組組織起草。

（二）標(biāo)準(zhǔn)制訂的目的和原則

目前國(guó)內(nèi)風(fēng)電行業(yè)關(guān)于塔架鋼材選取原則不統(tǒng)一，對(duì)Q355等系列鋼板的應(yīng)用場(chǎng)景認(rèn)識(shí)

不一致，并與國(guó)際、國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)存在差異。隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的大型化發(fā)展，亟需規(guī)范現(xiàn)

行做法。

為了消除以上不一致，提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)中塔架鋼材選取工作的規(guī)范性、提高標(biāo)準(zhǔn)

適用性，以參考國(guó)際、國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)風(fēng)電制造行業(yè)的特殊性為原則，深入對(duì)標(biāo)；

邀請(qǐng)風(fēng)電行業(yè)、相關(guān)行業(yè)及高等院校、科研院所的專家、教授、業(yè)主廣泛參與，制定風(fēng)力發(fā)

電機(jī)組塔架鋼材選取規(guī)范。

（三）主要工作過程

2022年6月，開始初稿編寫，對(duì)國(guó)內(nèi)外風(fēng)電裝備設(shè)計(jì)、制造業(yè)及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造業(yè)進(jìn)

行調(diào)研和收集資料工作。

2023年10月，召開第一次工作組，并在內(nèi)部完成標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部評(píng)審。

2023年12月，召開第二次工作組形成征求意見稿。

（四）主要參加起草單位和工作組成員所做的工作

本文件起草工作組由金風(fēng)科技股份有限公司為主編單位，由明陽智慧能源集團(tuán)股份有限

公司、上海電氣風(fēng)電股份有限公司、中車山東風(fēng)電有限公司、挪威船級(jí)社（中國(guó)）有限公司、

北京科技大學(xué)、清華大學(xué)、中國(guó)機(jī)械總院集團(tuán)哈爾濱焊接研究所有限公司、中信金屬股份有

2

限公司、南京鋼鐵股份有限公司、山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司、上海泰勝風(fēng)能裝備股

份有限公司、山西天寶集團(tuán)有限公司、中國(guó)華能清潔能源研究院等作為參編單位共同起草標(biāo)

準(zhǔn)編制。

起草組承擔(dān)了標(biāo)準(zhǔn)起草的組織、需求調(diào)研、標(biāo)準(zhǔn)文本的編制、意見征求、標(biāo)準(zhǔn)編