風力發(fā)電機組塔架設計鋼材選取規(guī)范中國可再生能源學會發(fā)布IT/CRES0035-2025前言 范圍 1規(guī)范性引用文件 1術語及定義 1符號 2鋼材選取方法 2附錄A（資料性）風力發(fā)電機組鋼制塔架常用鋼材 9圖1典型接頭層狀撕裂 6eff示意 8表1冷成形度取值(%) 3表2鋼材牌號及最大允許厚度（mm） 5表3影響厚度方向性能的要素 6T/CRES0035-2025本文件按照GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起請注意本文件的某些內容有可能涉及專利，本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由金風科技股份有限公司提出。本文件由中國可再生能源學會歸口。本文件起草單位：金風科技股份有限公司、挪威船級社（中國）有限公司、上海泰勝風能裝備股份有限公司、中信金屬股份有限公司、山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司、南京鋼鐵股份有限公司、北京科技大學、清華大學、上海電氣風電股份有限公司、明陽智慧能源集團股份有限公司、中國機械總院集團哈爾濱焊接研究所有限公司、中國華能清潔能源研究院、中車山東風電有限公司、山西天寶集團有限公司。本文件起草人：韓軍杰、張紫平、陳秋華、張景華、曹旭東、郭文輝、劉中柱、胡大偉、麻衡、潘中德、武會賓、班慧勇、曹廣啟、李學旺、王歷亮、郭梟、陸輝、何康、胡其龍、周昳鳴、畢成、戚玉超、張雁玲。本文件在執(zhí)行過程中的意見和建議請反饋至中國可再生能源學會標準化工作辦公室。T/CRES0035-20251風力發(fā)電機組塔架設計鋼材選取規(guī)范本文件規(guī)定了風力發(fā)電機組鋼制塔架設計中的常用鋼材選取方法。本文件適用于風力發(fā)電機組筒狀鋼制塔架，包括塔筒、法蘭、門框、加強板等主要承力結構件的鋼材選取。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應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碳素結構鋼GB/T1591低合金高強度結構鋼GB/T3375焊接術語GB/T5313-2023厚度方向性能鋼板GB/T19072風力發(fā)電機組塔架GB/T28410風力發(fā)電塔用結構鋼板GB/T42600-2023風能發(fā)電系統(tǒng)風力發(fā)電機組塔架和基礎設計要求3術語及定義GB/T3375和GB/T19072界定的及下列術語和定義適用于本文件。3.1結構件最低設計溫度TEdcomponentlowestdesigntemperature考慮了熱輻射、結構件應力水平、冷成形度等影響因素的最低設計溫度，單位為攝氏度(℃)。3.2最低環(huán)境溫度Tmdlowestambienttemperature在一定重現(xiàn)周期內，風力發(fā)電機組服役所在地最冷一小時內的環(huán)境溫度平均值。對于處于空氣環(huán)境中的結構件，最低環(huán)境溫度則為最冷一小時內的平均氣溫，單位為攝氏度(℃)。3.3臨界應力水平σcriticalstresslevel設計時考慮的結構件在拉力、彎矩或扭矩等作用下產生的最大等效應力，單位為兆帕（MPa）。3.4冷成形度εcfdegreeofcoldforming（DCF）金屬結構件經(jīng)冷彎加工后，用百分數(shù)表示的塑性變形的程度。3.5厚度方向性能through-thicknessproperties垂直于鋼板表面的變形能力，反映鋼板抗層狀撕裂的能力。2T/CRES0035-20254符號下列符號適用于本文件。a：焊縫厚度，單位為毫米（mm）aeff：焊腳尺寸，單位為毫米（mm）fy(t)：與鋼材厚度相關的屈服強度，單位為兆帕（MPa）r：塔架筒節(jié)的半徑，單位為毫米（mm）t：鋼材厚度，單位為毫米（mm）Za：與焊腳尺寸相關的Z向性能要素Zb：與焊接位置、形狀相關的Z向性能要素Zc：與鋼材厚度相關的Z向性能要素Zd：與結構件遠端拘束相關的Z向性能要素Ze：與結構件預熱狀態(tài)相關的Z向性能要素ZEd：設計時要求的Z向性能ZRd：鋼材的Z向性能cf：冷成形度：結構件的基準應變率△Tr：與輻射損耗相關的調整量，單位為攝氏度(℃)△Tσ：與應力、材料屈服強度、結構件形狀與尺度相關的調整量，單位為攝氏度(℃)△TR：安全裕度，反映了不同應用時對應的不同可靠性，單位為攝氏度(℃)△Tε：除基準應變率之外應變率的調整量，單位為攝氏度(℃)△Tεcf：與冷成形度相關的調整量，單位為攝氏度(℃)5鋼材選取方法5.1總則結構件最低設計溫度、臨界應力水平體現(xiàn)了對鋼材韌性與強度的要求；鋼板厚度方向性能，即Z向性能等級體現(xiàn)了對鋼材厚度方向抗撕裂性能的要求。在塔架設計中，可以根據(jù)韌性、強度與厚度方向性能要求選取合適的鋼材規(guī)格和鋼材牌號。塔架設計中常見的鋼材牌號參考附錄A。5.2基于韌性與強度的鋼材選取5.2.1設計要素選取鋼材牌號時，應考慮以下要素：a)鋼材屬性：1)與鋼材厚度相關的屈服強度fy(t)；2)鋼材的質量等級。b)結構件特征：1)結構件的形狀和細節(jié)；2)應力集中程度；3T/CRES0035-20253)厚度；4)適當?shù)闹圃烊毕菁僭O（例如厚度方向裂紋或者類半橢圓表面裂紋）。c)設計條件：1)結構件最低設計溫度TEd；2)設計條件下的結構件臨界應力水平σ;3)冷成形度εcf不大于表1要求，對于塔架筒節(jié)設計冷成形度εcf應不大于2%。表1冷成形度取值(%)5.2.2結構件最低設計溫度TEd的計算結構件最低設計溫度TEd的計算方法如下：a)常溫風力發(fā)電機組塔架設計時，結構件最低設計溫度TEd按-30℃考慮；b)低溫風力發(fā)電機組塔架設計時，結構件最低設計溫度TEd按公式（1）考慮：TEd=Tmd-10……(1)式中：TEd——結構件最低設計溫度，單位為℃;Tmd——最低環(huán)境溫度，單位為℃。c)S類風力發(fā)電機組塔架設計時，結構件最低設計溫度TEd按公式（1）考慮；d)當需要精細計算時，S類風力發(fā)電機組塔架設計，結構件最低設計溫度TEd可以按公式（2）考慮：TEd=Tmd+△Tr+△Tσ+△TR+△Tε+△Tεcf……(2)其中：△Tr，鋼制塔架設計時，一般取-5℃;,符合設計要素時，一般取0℃;△TR，符合設計要素時，一般取0℃;△Tε,一般取0℃?；鶞蕬兟师?為4×10-4/s，此值可以覆蓋大部分設計情況；使用其他應變率時，△Tε按公式（3）計算：△5.2.3臨界應力水平σ的計算載荷一般為不含安全系數(shù)的全工況極限載荷各分量；當選用其他載荷時，應符合GB/T42600-2023中6.3.2.3的規(guī)定。計算結構件關鍵橫截面以及預期裂紋擴展位置處的名義應力；對于門框等需要有限元分析的復雜結構件，可以采用熱點應力。5.2.4鋼材牌號及最大允許厚度選擇T/CRES0035-20254鋼材牌號及最大允許厚度的選擇應符合表2規(guī)定。表2參考自EN1993-1-10-2005，考慮實際的臨界應力水平σ,允許根據(jù)表2在0.25fy(t)≤σ≤0.75fy(t)的范圍內進行線性插值。5T/CRES0035-2025表2鋼材牌號及最大允許厚度（mm）℃J000BC0DBC0D6T/CRES0035-20255.3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)點中，當鋼板厚度不小于40mm且沿板厚方向有較高撕裂拉力作用，包括較高約束拉應力作用時，如圖1a）和b）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/T5313-2023規(guī)定的Z15級，具體的鋼板Z向性能等級應根據(jù)連接節(jié)點形式、板厚、熔深或焊縫尺寸、焊接時拘束度以及預熱、后熱情況等綜合確定。圖1典型接頭層狀撕裂5.3.2厚度方向性能確定厚度方向性能應滿足公式（4）： ZEd可以按公式（5）確定：ZEd=Za+Zb+Zc+Zd+Ze……(5)式中，Za、Zb、Zc、Zd、Ze詳見表3說明。表3影響厚度方向性能的要素a≤77＜a≤1020＜a≤3030＜a≤4040＜a≤5050＜a7T/CRES0035-2025表3影響厚度方向性能的要素（續(xù)）單道角焊縫Z=0或者使用低強度焊材預堆邊焊的角焊縫Z＞1鋼材厚度t的影響Z=2Z=4Z=6Z=8Z=10Z=12Z=15Z=158T/CRES0035-2025表3影響厚度方向性能的要素（續(xù)）焊腳尺寸a見圖2所示。9T/CRES0035-2025（資料性）風力發(fā)電機組鋼制塔架常用鋼材A.1風力發(fā)電機組鋼制塔架常用鋼材有：Q235、Q355、Q420、Q460。A.2Q235鋼材性能符合GB/T700的要求，Q355、Q420、Q460鋼材性能符合GB/T1591或GB/T28410的要求。A.3國內外標準牌號對照關系可參考表A.1。表A.1國內外標準牌號對