110kv窄基鋼管塔的設計研究_曾征

1、 第卷 第 期湖北電力 年 月 窄基鋼管塔的設計研究曾征（咸寧豐源電力勘測設計，湖北 咸寧） 摘 要 根據(jù)工程實際情況，規(guī)劃設計了個種塔型系列的 窄基鋼管塔，應用 型串 直線塔、懸垂轉角塔等特殊塔型對窄基塔塔型進行了優(yōu)化，可節(jié)約線路走廊寬度約，造價約為鋼管 桿線路的，具有良好的經濟效益及推廣應用價值。 關鍵詞 ； 窄基鋼管塔； 鋼管塔； 動力特性 中圖分類號 文獻標識碼 文章編號（） （ ， ） ， ， ； 角鋼塔。窄基角鋼塔非常適合用于直路，根開小、塔重小、塔身筆直修長美觀。而用于耐張轉角時，主材選用規(guī)格大，斜材密集，塔重大；同時，在耐張拉力作 用下，橫擔以上塔頭處有肉眼可見的較明顯彎曲狀，

2、 影響美觀。因此，可利用鋼管回轉半徑大、構件力學 特性好等優(yōu)點，以鋼管為主材生產窄基塔，稱之為窄 基鋼管塔。 工程實例 實例 嘉魚 茶庵嶺高鐵輸電線路工程，應用窄基塔共基，其中直路塔基，轉角塔基。該 線路路徑為規(guī)劃道路綠化帶架設桿塔，由于道路建設滯后于該工程建設，道路未形成，無法進行鋼管桿的組立；而角鋼塔的基礎根開達不到城市道路綠化帶寬度的要求，故采用窄基塔。該工程比鋼管桿設計節(jié)約投資約萬元，竣工投產日期提前約日。 實例 通山 吳田城關、犀港雙回輸電線路工程，應用窄基塔共基，均為直路塔。該線路路徑為通山縣開發(fā)區(qū)規(guī)劃道路綠化帶架設桿塔，由于道路建設滯后于該工程建設，地形尚處于原丘陵地形原 貌，無

3、法進行鋼管桿的組立；而該規(guī)劃道路要求對塔基根開位于 以內，無法采用角鋼塔架設。該工程采用窄基塔的設計，比鋼管桿設計節(jié)約投資約 萬元，竣工投產日期提前約日。 以上個工程窄基塔主材為角鋼，故稱為窄基窄基鋼管塔設計 設計條件 窄基鋼管塔按同塔雙回設計，離地 高度， 最大基本風速為 ，覆冰厚度為 ，導線型號，地線型號。為滿足線路路徑位于道路條狀綠化帶走廊的要求，最大呼高鐵塔根開布置 。另外，為滿足平地線路 檔距的架設要求，綜合考慮塔型鋼材指標 、基礎的合理性和經濟性，設計中導線安全系數(shù)取，最大使用應力為 ；地線安全系數(shù)取，最大使用應力為 。 塔型規(guī)劃 規(guī)劃了種窄基鋼管塔型，其中直線塔 種，懸垂轉角塔種

4、，轉角塔 種，終端塔 種。直線塔按塔系設計，并設計高跨塔型；轉角塔根據(jù)轉角大小收稿日期 征（作者簡介 曾），女，湖北新洲人，工程師。 第卷 第 期湖北電力 年 月 按塔系設計，單獨設計終端塔型，轉角以上轉角塔按長短橫擔設計。塔型設計參數(shù)見表。 表 窄基鋼管塔設計參數(shù) 同時又采用 軟件進行對比分析，得到很好的吻合。計算按照梁桿混合模型進行分析，不考慮塔線耦合，采用子空間迭代法計算得到窄基鋼管塔的第自振周期見表。 表 窄基鋼管塔第 自振周期 搖擺角系數(shù)轉角角度（） 呼稱高度 水平檔距 垂直檔距 鐵塔型號 反推經驗公式塔型 系數(shù)有限元軟件經驗公式 終端 窄基塔一般用于城區(qū)，跨越物較多且走廊受到限制，

5、應盡量限制其風偏。在塔型規(guī)劃中，規(guī)劃了一種 型串直線塔型，直線塔采用 型絕緣子串掛線方式，相對 同塔雙回路可節(jié)約走廊寬度約 。設計中， 串雙肢的夾角度數(shù)的一半可較最大風偏角小，設計 串夾角取。 另外，考慮到城區(qū)道路轉彎時一般采用大轉彎半徑，線路沿其架設時，以下小轉角較多，因此規(guī)劃了一種懸垂轉角塔，轉角角度。懸垂轉角塔型較常規(guī)的小轉角塔型具有安裝方便、造價小等優(yōu)點，其塔頭結構相對復雜，設計難度相對較大，但較小轉角塔型可節(jié)約鋼材約，節(jié)省金具及絕緣子費用，且安裝方便，經濟效益明顯。在絕緣設計方面，以“絕緣到位，留有裕度”為設計原則，空氣間隙按照規(guī)范要求取值，并根據(jù)間隙圓確定窄基塔的塔頭尺寸。為了增加

6、桿塔的防雷性能，所有塔型按零保護角設計，雙回路采用平衡高絕緣設計。 由表可得，直線塔型的自振周期達到經驗公式的上限，若塔頭較為復雜，如 型串塔頭、異型塔頭等，其自振周期大于經驗公式的上限值；轉角塔型的自振周期分布在經驗公式上下限取值范圍內，且對應系數(shù)均大于。通過表 計算得到的第自振周期，按照 建 筑結構荷載規(guī)范中的相關要求取值，通過公式（）即可分段計算窄基塔的風振系數(shù) 。 荷載工況 窄基鋼管塔的荷載按照 架空輸電線路 的要求進行計算，并按規(guī)范要求進行工況組合。在組合 、 塔型計算工況時，為便于安裝， 在 型串的正上方導線橫擔處設置吊裝孔，并考慮吊裝荷載工況。 窄基塔剛度分析 窄基塔相對常規(guī)鐵塔

7、，塔身細小，整體剛度低， 塔頂位移相對較大。在同樣作用力下，當結構剛度增大時，節(jié)點位移減小，自振周期減小，頻率增大，符 合前面的自振周期規(guī)律。為了避免過大的位移引起局 部剛度重新分配，造成計算模型與實際不符，需要 采取提高結構剛度的措施。在設計中應進行位移計算， 使得塔頂?shù)淖畲笪灰瓶刂圃谝?guī)定的范圍內，采取 合理的隔面布置可以適當提高結構的剛度。 根據(jù)規(guī)范，在荷載的長期效應組合（無覆冰、風速及年平均氣溫）作用下，直線塔的塔頂位移不超過 ，轉角塔塔頂位移不超過 ，其中 為桿塔全高。設計中，采用有限元軟件進行窄基鋼管塔的位移分析，在長期荷載作用下，所有塔 型的塔頂位移均在規(guī)范要求的范圍內；在最大荷載

8、工況下，塔頂位移均在 以內。 塔身風振系數(shù)的確定 根據(jù) 建筑結構荷載規(guī)范，結構在高度處的風振系數(shù) 可按式（）計算： （）式中： 為脈動增大系數(shù)； 為脈動影響系數(shù)； 為振型系數(shù)； 為風壓高度變化系數(shù)。其中脈動增大系數(shù)根據(jù)確定，為結構的第 自振周期，而規(guī)范提供結構自振周期經驗公式僅與結構高度 有關，而與結構的寬度無關且系數(shù)的范圍較廣， 顯然對窄基鋼管塔的自振周期未能準確計算。因此 有必要對窄基塔進行動力特性分析，從而確定塔身 風振系數(shù)。 通過 有限元軟件，建立窄基塔有限元模型，可以準確地計算結構各種模態(tài)下的自振周期， 第卷 第 期湖北電力 年 月地受地形條件限制，線路一般的平均檔距在 ，因此窄基鋼

9、管塔的布點基本上與常規(guī)鐵塔相同，但基礎造價相對較高?？紤]鐵塔鋼材和基礎材料增大等因素，在軟土地基的沿海地區(qū)，窄基鋼管窄基鋼管塔基礎設計 在窄基塔設計時，應針對不同導、地線安全系數(shù)下的基礎作用力進行對比，計算相應的基礎大小并作對比，按基礎占地小、經濟合理的要求選擇導地線安全系數(shù)。由于窄基塔的根開較小，各塔基礎作用力普遍較大，一般采用聯(lián)合大平板基礎；在軟土地基 的地區(qū)，需考慮聯(lián)合大平板加灌注樁基礎，以滿足聯(lián) 合基礎的抗傾覆要求。聯(lián)合基礎設計需利用鐵塔傳遞給基礎的彎矩，因此需計算各個工況下基礎作用力的最大彎矩。 在設計中，直線塔 的基礎作用力最小，終 端塔 的基礎作用力最大。 塔線路的本體造價較常規(guī)

10、鐵塔線路增加 。由于城市土地十分寶貴，綜合考慮，窄基鋼管塔線路總體的經濟效益應好于常規(guī)鐵塔線路。 表窄基鋼管塔與常規(guī)鐵塔經濟性對比 呼高 呼高 塔質量 根開 塔質量 根開 桿塔名稱 直線塔轉角塔（） 窄基鋼管塔與鋼管桿經濟性對比 同樣，選取在相同氣象條件、導地線型號下的窄基鋼管塔和鋼管桿（塔型 和 ），比較 種輸電塔在呼高 、 的塔質量和根開，結果如表所示。 直線塔 在大風工況下，終端塔 在轉角、大風工況下根據(jù)滿應力計算得到的基礎作用力見表。 表 窄基鋼管基礎作用力 腿號 表窄基鋼管塔與鋼管桿經濟性對比 呼高 呼高 桿塔名稱根開根開塔質量 塔質量 （徑）（徑） 直線 （桿）塔轉角（桿）塔 根據(jù)

11、上述基礎作用力，計算同一工況下，塔腿基 礎作用力傳遞到基礎底面的傾覆彎矩。在軟土地基條件下，直線塔采用普通聯(lián)合基礎，底板寬度約 可滿足傾覆穩(wěn)定要求；終端塔采用聯(lián)合基礎下加灌注樁基礎，底板寬度約，樁 灌注樁，樁長約 可滿足傾覆穩(wěn)定要求。 另外，窄基鋼管塔通過法蘭與基礎連接。在塔腳法蘭設計時，為了便于基礎施工，需要控制地腳螺栓數(shù)量在個以內，并考慮相鄰螺栓間距不小于 倍的螺栓直徑。 經過對多種塔型統(tǒng)計，窄基鋼管直線塔的塔重較鋼管桿重 ，轉角塔較鋼管桿重 ；鐵塔根開為鋼管桿根徑的倍。但鋼管桿的使用檔距一般在 以內，窄基鋼管塔的檔距為鋼管桿的倍，因此窄基鋼管塔的布點數(shù)量為鋼管桿的一半。綜合各方面因素，在東南沿海地區(qū)， 窄基鋼管塔線路的本體造價較鋼管桿線路減少。 結語 在本次 窄基鋼管塔設計中，根據(jù)實際工程情況，規(guī)劃了高跨塔型、 型串塔型、懸垂轉角塔型等特殊塔型，充分發(fā)揮了窄基塔壓縮線路走廊的潛力。通過與常規(guī)鐵塔、鋼管桿線路的經濟性對比，窄基鋼管塔線路的本體造價介于常規(guī)鐵塔與鋼管桿線路之間，約為鋼管桿線路的，經濟效益較好。在設計中力求結構合理、布材簡單、安全可靠、外形美觀，提高輸電線路的經濟效益和社會效