ICS27.180

F11

T/CRES

中國可再生能源學會標準

T/CRESXXXX-2024

風力發(fā)電機組塔架鋼材選取規(guī)范

Windturbinesspecificationfortowersteel-selection

（征求意見稿）

2024–XX–XX發(fā)布2024–XX–XX實施

中國可再生能源學會發(fā)布

T/CRESXXX-2024

風力發(fā)電機組塔架鋼材選取規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了風力發(fā)電機組鋼制塔架設計中常用鋼材和選取推薦方法。

本文件適用于風力發(fā)電機組鋼制塔架，包括塔筒、法蘭、門框、加強板等結構件的鋼材選取。

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厚度方向性能鋼板

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界定的及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

最低結構溫度lowestcomponenttemperature

設計時考慮的會影響結構材料性質(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)，風力發(fā)電機組服役所在地以小時計的環(huán)境溫度最低值。對于處于空氣環(huán)境中

的結構，最低環(huán)境溫度則為一小時內(nèi)的最低氣溫。

3.3

臨界應力水平criticalstresslevel

設計時考慮的結構在拉力和彎矩作用下產(chǎn)生的最大拉應力。

3.4

冷成形度Degreeofcoldforming（DCF）

金屬結構件經(jīng)冷彎加工后，用百分比表示的塑性變形的程度。

4風力發(fā)電機組鋼制塔架常用鋼材

3

T/CRESXXX-2024

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

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

的要求。

4.3國內(nèi)外標準牌號對照關系可參考附錄A。

5鋼材選取方法

5.1總則

根據(jù)最低結構溫度、結構的臨界應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。

5.2基于強度與韌性的鋼材選取

5.2.1評估程序

5.2.1.1考慮因素

關于鋼材牌號的選取應考慮以下因素：

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(zhì)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；

3)厚度；

4)適當?shù)闹谱魅毕菁僭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)最低結構溫度TEd；

2)設計條件下的結構臨界應力水平σ；

3)冷成形度（DCF）εcf不大于表1要求，對于塔架筒節(jié)設計冷成形度不應大于2。

注：對于塔架而言，DCF可以考慮為：[外徑對應周長-中徑對應周長）/中徑對應周長]%。

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計算方法

最低結構溫度TEd的計算：

a)常溫風力發(fā)電機組塔架的最低結構溫度TEd按-30℃考慮；

b)低溫風力發(fā)電機組塔架的最低結構溫度TEd按下式考慮：

最低結構溫度TEd=最低環(huán)境溫度Tmd-10℃…………………(1)

4

T/CRESXXX-2024

c)S類風力發(fā)電機組塔架的最低結構溫度TEd按公式（1）考慮；

d)S類風力發(fā)電機組塔架或者其他鋼結構最低結構溫度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——與輻射損耗相關的調(diào)整量；

△Tσ——與應力、材料屈服強度、結構件形狀與尺度相關的調(diào)整量；

△TR——安全裕度，反映了不同應用時對應的不同可靠性；

△Tε——除參考應變率之外應變率的調(diào)整量；

△Tεcf——與冷成形度相關的調(diào)整量。

其中：

△Tr，對于鋼制塔架設計，可以考慮取-5℃；

△TR，按第5.2.2條評估時，一般取0℃；

△Tσ，按第5.2.2條評估時，一般取0℃；

△Tε，一般取0℃。參考應變率ε0=4×10-4/秒，此值可以覆蓋大部分設計情況；

使用其他應變率時，△Tε按下式計算：

1440??(?)?1.5

△??=??×（??）……（3）

550?0

△Tεcf=-3×εcf×100（℃）。對于塔架設計，可以考慮取-5℃。

5.2.1.3臨界應力水平σ的計算

一般考慮不帶安全系數(shù)的全工況極限載荷各分量計算結構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，可以采用熱點應力。當選用其他載荷時，應符合

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

各鋼材牌號對應不同臨界應力水平σ和最低結構溫度條件下鋼材允許的最大厚度應符合表2規(guī)定。

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(nèi)進行線性插值。

5

T/CRESXXX-2024

表2鋼材允許最大厚度（mm）

沖擊功

鋼材牌號最低結構溫度Ted/℃

CVN

溫度σ=0.75fy(t)σ=0.5fy(t)σ=0.25fy(t)

鋼級及質(zhì)量等級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

6

T/CRESXXX-2022

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。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向性能應滿足：

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

式中：

ZEd——設計時要求的Z向性能；

ZRd——鋼材實際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

與金屬收縮應變10＜aeff≤20a=14Za=6

a)

相關的焊腳尺寸20＜aeff≤30a=21Za=9

30＜aeff≤40a=28Za=12

40＜aeff≤50a=35Za=15

50＜aeffa>35Za=15

7

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

8

T/CRESXXX-2022

表3影響ZEd的判據(jù)（續(xù)）

結構其他部分對低拘束度：自由收縮（例如，T形接頭）Zd=0

d)焊后收縮遠端拘中拘束度：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

無預熱Ze=0

e）預熱影響

預熱溫度≥100℃Ze=-8

a如果在厚度方向存在占主導的壓力靜載荷，該值可以降低50%；

b

焊腳尺寸aeff見圖2所示。

圖2焊腳尺寸

9

T/CRESXXX-2024

附錄A

（資料性附錄）

國內(nèi)外標準牌號對照表

國內(nèi)外標準牌號對照見表A.1。

表A.1國內(nèi)外標準牌號對照表

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

Q355BS355JR

Q355CS355J0

Q355DS355J2

Q355NDS355N

Q355NES355NL

Q355MDS355M

Q355MES355ML

Q420NDS420N

Q420NES420NL

Q420MDS420M

Q420MES420ML

Q460NDS460N

Q460NES460NL

Q460MDS460M

Q460MES460ML

10

團體標準《風力發(fā)電機組塔架鋼材選取規(guī)范》

編制說明

一、概述

《風力發(fā)電機組塔架鋼材選取規(guī)范》是中國可再生能源學會團體標準為了規(guī)范風電裝備

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)范了風力發(fā)電機組設計時

鋼材選取的原則，建立以結構溫度、厚度、質(zhì)量等級和應力水平為鋼材選取依據(jù)的評估體系

以及基于厚度方向性能的材料的選取原則，從而指導用戶合理選擇適宜的鋼材。

二、工作簡況

（一）任務來源

本文件根據(jù)中國可再生能源學會文件——中再學[2023]8號的通知立項，啟動團體標準編

制任務。

本文件由中國可再生能源學會風能專業(yè)委員會提出并歸口。

本標準由金風科技股份有限公司為牽頭單位的起草小組組織起草。

（二）標準制訂的目的和原則

目前國內(nèi)風電行業(yè)關于塔架鋼材選取原則不統(tǒng)一，對Q355等系列鋼板的應用場景認識

不一致，并與國際、國外先進標準存在差異。隨著風力發(fā)電機組的大型化發(fā)展，亟需規(guī)范現(xiàn)

行做法。

為了消除以上不一致，提升風力發(fā)電機組設計中塔架鋼材選取工作的規(guī)范性、提高標準

適用性，以參考國際、國外先進標準，結合國內(nèi)風電制造行業(yè)的特殊性為原則，深入對標；

邀請風電行業(yè)、相關行業(yè)及高等院校、科研院所的專家、教授、業(yè)主廣泛參與，制定風力發(fā)

電機組塔架鋼材選取規(guī)范。

（三）主要工作過程

2022年6月，開始初稿編寫，對國內(nèi)外風電裝備設計、制造業(yè)及鋼結構設計、制造業(yè)進

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)部完成標準內(nèi)部評審。

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科技股份有限公司為主編單位，由明陽智慧能源集團股份有限

公司、上海電氣風電股份有限公司、中車山東風電有限公司、挪威船級社（中國）有限公司、

北京科技大學、清華大學、中國機械總院集團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、上海泰勝風能裝備股

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

準編制。

起草組承擔了標準起草的組織、需求調(diào)研、標準文本的編制、意見征求、標準編