《輸電桿塔設(shè)計》課程設(shè)計單桿直線電桿

1、輸電線路工程專業(yè)輸電桿塔設(shè)計課程設(shè)計設(shè)計說明書題目：110KV普通自立式鋼筋 混凝土單桿電桿設(shè)計 輸電桿塔設(shè)計課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計的目的：輸電桿塔設(shè)計課程是輸電線路工程重要的專業(yè)課之一,輸電桿塔課程設(shè)計是本門課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分。通過課程設(shè)計,使學(xué)生能系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握本門課程中所學(xué)的內(nèi)容,并且能將其它有關(guān)先修課程,如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、線路設(shè)計基礎(chǔ)、鋼筋混凝土設(shè)計基礎(chǔ)、電氣技術(shù)等理論知識在實(shí)際的設(shè)計工作中得以綜合地運(yùn)用；通過課程設(shè)計,能使學(xué)生熟悉并掌握如何應(yīng)用有關(guān)資料、手冊、規(guī)范等,從設(shè)計中獲得一個工程技術(shù)人員設(shè)計方面的基本技能；課程設(shè)計也是培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立思考、分析工程實(shí)際問題

2、和解決問題能力的重要手段。二、設(shè)計題目：110kV-單桿直線電桿設(shè)計(拉線式)三、設(shè)計參數(shù)：電壓等級：110kV避雷線型號：GJ一35電桿錐度：1/75電桿根部埋深：3m頂 徑：270mm氣象條件：級絕緣子：7片一4.5地質(zhì)條件：土壤類型 可塑粘性土 ；容重 16 ；抗剪角_ 30_ ；被動土壓系數(shù) 48_ 。設(shè)計參數(shù)表格參數(shù)學(xué)生姓名導(dǎo)線型號水平檔距（m）垂直檔距（m）避雷線支持力TmaxTmin李運(yùn)程LGJ150/2525537545504450 250 370 4500 4400一 整理設(shè)計用相關(guān)數(shù)據(jù)1. 由于線路經(jīng)過典型氣象區(qū)，則查表將數(shù)據(jù)填入表1（氣象條件表）。表1.氣象條件表氣象項(xiàng)目

3、最高氣溫最低氣溫最大風(fēng)覆冰有風(fēng)安裝有風(fēng)年均氣溫氣溫（）+40-20-5-5-10+10風(fēng)速（m/s）002510100冰厚（mm）0005002. 電桿荷載組合情況。表2：電桿荷載組合情況表荷載類型垂直荷載橫向水平荷載縱向水平荷載荷載組合項(xiàng)目l 導(dǎo)、地線、絕緣子串、金具重力荷l 電桿自重荷載l 安裝時工人、工具重力荷載l 導(dǎo)、地線、絕緣子串和金具風(fēng)壓l 電桿本身風(fēng)載l 轉(zhuǎn)角電桿上導(dǎo)線及地線角度力l 導(dǎo)、地線不平衡張力l 斷線時對電桿產(chǎn)生的支持力l 導(dǎo)線安裝時的緊線張力3. 確定導(dǎo)線LGJ-150/25的相關(guān)參數(shù)，列于下表3中。表3.導(dǎo)線LGJ-150/25參數(shù)表截面積A(mm2)導(dǎo)線直徑d(m

4、m)彈性系數(shù)E(MPa)溫度膨脹系數(shù)(1/C)計算拉斷力(N)計算質(zhì)量(Kg/km)抗拉強(qiáng)度MPa安全系數(shù)K許用應(yīng)力Mpa年均應(yīng)力上限MPa173.1117.107600018.910-654110601.0296.952.5118.7874.244. 地線GJ-35的相關(guān)參數(shù)列于下表4中。表4.地線GJ-35的相關(guān)參數(shù)計算截面積（）計算直徑（mm）極限強(qiáng)度()最大拉斷力(N)最小拉斷力(N)重量(kg/km)37.27.811761372470046003005.絕緣子相關(guān)參數(shù)（表5）表5.絕緣子相關(guān)參數(shù)型號主要尺寸（mm）工頻電壓KV r.m.s不小于雷電全波沖擊電壓KV peak不小于抗

5、張機(jī)械負(fù)荷（KN）重量（kg）結(jié)構(gòu)高度H盤徑D公稱爬電距離L連接形式標(biāo)記干閃絡(luò)濕閃絡(luò)1min濕耐受擊穿50%閃絡(luò)耐受例行試驗(yàn)1h機(jī)電試驗(yàn)機(jī)電破壞不小于X-4.5146254285168045401101201003645605.06.線路金具選配表表6.線路金具選配表名稱質(zhì)量(kg)數(shù)量型號(長度mm)掛板0.561Z-7（60）球頭掛環(huán)0.271QP-7（50）絕緣子5.07X-4.5（146）懸垂線夾2.01CGU-3（118）預(yù)絞絲0.71FYH-150/25絕緣子串長度1250mm絕緣子串重量38.53kg7. 電桿結(jié)構(gòu)及材料（1）設(shè)計用混泥土強(qiáng)度為C30，縱向鋼筋采用光面鋼筋，螺旋鋼

6、筋采用，螺距為100mm。（2）基礎(chǔ)配置上、下卡盤及底盤，卡盤規(guī)格為0.80.30.2，底盤規(guī)格為1.01.00.21。8. 地質(zhì)條件安B類地區(qū)設(shè)計風(fēng)速土壤類型_ 可塑粘性土_;容重_16_;抗剪角_30_;被動土壓系數(shù)_48_ .二 導(dǎo)線和地線相關(guān)計算及最大弧垂的判定1.導(dǎo)線比載計算（單位：MPa/m）（1）自重比載（2）冰重比載（3）垂直總比載 （4）無冰風(fēng)壓比載假設(shè)風(fēng)向垂直于線路方向可以得出下式： 外過有風(fēng)（） 內(nèi)過電壓（） 最大風(fēng)，設(shè)計強(qiáng)度時（） 最大風(fēng)，設(shè)計風(fēng)偏時（）(5)覆冰風(fēng)壓比載（） (6)無冰綜合比載 公式： 外過有風(fēng)： 內(nèi)過電壓： 最大風(fēng)，設(shè)計強(qiáng)度時： 最大風(fēng)，設(shè)計風(fēng)偏時：

7、(7)覆冰綜合比載 2.將計算的導(dǎo)線比載結(jié)果匯成下表7（單位：）表7.導(dǎo)線比載匯總表強(qiáng)度340517.7051.7536.08=0.85,=1.125.89=0.61,=1.111.74=1.0,=1.149.6153.063.計算比值，將計算的結(jié)果列入下表8中：（單位1/m）表8.可能的應(yīng)力控制條件氣象條件最大風(fēng)覆冰有風(fēng)最低溫年均溫許用用力 (Mpa)118.78118.78118.7874.24比載()496153.0634053405溫度C-55-2010比值0.41760.44670.28660.4586編號bcad4.計算臨界檔距，利用列表法（表9）氣象條件abcd臨界檔距(m)La

8、b=269.4022Lac=238.8215Lad 不存在Lbc不存在lbd不存在Lcd不存在5.由此得出年均溫為控制氣象條件6.最大弧垂判定當(dāng)檔距為 255時，控制條件為：年均氣溫比載= 0.03405,應(yīng)力 = 74.24,溫度t = 10臨界氣溫tj = 18度，最大弧垂發(fā)生在最高氣溫狀態(tài)：= 36.90Mpa24.6則：最大弧垂。250=7.21m7.地線比載計算 計算步驟同導(dǎo)線比載計算相同，將數(shù)據(jù)填入下表10.(地線截面積A=37.2mm2 地線直徑d=7.8mm)表10.地線比載表（單位：）項(xiàng)目安裝外過強(qiáng)度風(fēng)偏數(shù)據(jù)（）79.0947.70126.7915.7315.7383.545

9、9.95項(xiàng)目安裝外過強(qiáng)度風(fēng)偏數(shù)據(jù)（）35.8980.6480.64115.0499.24131.77三 電桿外形尺寸確定1. 電桿總高計算 電桿的總高度與檔距、地理?xiàng)l件、電壓等級、氣候及電氣等因素有關(guān)。電桿總高等于呼稱高度加上導(dǎo)線間的垂直距離和避雷線支架高度、基礎(chǔ)埋深。(1)電桿呼稱高度 電桿下橫擔(dān)的下線邊緣線到地面垂直距離H稱為電桿的呼稱高度，由懸垂絕緣子串長度、導(dǎo)線最大弧垂、導(dǎo)線到地面及被跨越物安全距離及施工裕量h組成，即110KV電桿采用7片X-4.5絕緣子，導(dǎo)線弧垂為6.5m, 電桿按居民區(qū)設(shè)計偏安全，設(shè)計導(dǎo)線到地面垂直距離為7.0m,200m300m檔距施工裕度為0.6m。 因此，電

10、桿設(shè)計呼高H=16.35m,選取呼高為18m。(2)導(dǎo)線間的垂直距離單回線路兩相導(dǎo)線水平排列線間距，規(guī)程規(guī)定：導(dǎo)線間的水平線間距，可根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，1000m以下檔距計算式為在覆冰較少地區(qū)，規(guī)程推薦垂直線間距宜采用水平線間距的75%即 計算得： 則：設(shè)計導(dǎo)線間水平距離為5.0m，設(shè)計導(dǎo)線間垂直距離為4.0m。(3)地線支架高度設(shè)計110KV線路采用防雷保護(hù)角，取地線支架向右側(cè)偏移0.3m,避雷線支架高度為h，則地線對下橫擔(dān)左側(cè)導(dǎo)線防雷保護(hù)為控制條件，由防雷條件： 求的 h=2.26m, 選取避雷線支架高度為3.0m。 電桿總高由地線支架高度、導(dǎo)線間垂直距離、桿塔呼稱高度、埋深這幾部分組成。

11、綜上，電桿設(shè)計總高H=3.0+4.0+18+3.0=28m.2. 橫擔(dān)長度計算由以上計算出兩相導(dǎo)線水平間距，可選取下橫擔(dān)長度為5m,上下導(dǎo)線垂直間距為4m,上下導(dǎo)線水平偏移距離0.6m,上橫擔(dān)長度為1.9m。3. 電桿外形尺寸校驗(yàn)(1)上下導(dǎo)線垂直線間距的校驗(yàn)。由表3-10得最小垂直線間距為3.5m, 小于實(shí)際線間距4.0m，合格。(2)上下導(dǎo)線水平偏移校驗(yàn)。由表3-11得規(guī)程規(guī)定水平偏移距離為0.5m,小于實(shí)際上下導(dǎo)線水平偏移距離0.6 m,合格。(3)檔距中央導(dǎo)線與地線間距離校驗(yàn)。規(guī)程規(guī)定在雷電過電壓氣象條件下：氣溫，無風(fēng)。應(yīng)保證檔距中央導(dǎo)線與地線間距滿足：雷電過電壓氣象條件下導(dǎo)線弧垂為4

12、.11m, 地線弧垂可忽略。則：即檔距中央導(dǎo)線與地線間距離符合要求。(4)帶電作業(yè)上人檢修安全距離校驗(yàn)。帶電作業(yè)校驗(yàn)氣象條件為：風(fēng)速V=10m/s,氣溫15,人體活動范圍0.30.5m，110KV校驗(yàn)間隙為1.0m,通過間隙圓校驗(yàn)，安全。(5)間隙圓校核。級氣象區(qū)三種氣象條件風(fēng)速：正常運(yùn)行情況v=25m/s,操作過電壓v=15m/s,雷電過電壓v=10m/s。三種氣象條件下絕緣子串風(fēng)荷載： 絕緣子風(fēng)荷載公式：因則三種氣象條件下導(dǎo)線風(fēng)荷載為： 導(dǎo)線風(fēng)荷載公式： 導(dǎo)線重力荷載三種氣象條件下絕緣子串風(fēng)偏角： 公式：. 規(guī)程給出的最小空氣間隙為：.根據(jù)，用一定比例制作間隙圓校驗(yàn)圖，三種氣象條件下間隙校

13、驗(yàn)合格。四 電桿荷載計算1運(yùn)行情況1：直線桿塔第一種荷載組合情況為最大設(shè)計風(fēng)速、無冰、未斷線。級氣象區(qū)，從規(guī)程中查得： 地線重力為 地線風(fēng)壓為 導(dǎo)線重力為 絕緣子串風(fēng)荷載：絕緣子串?dāng)?shù)，每串絕緣子片數(shù)，單裙一片絕緣子擋風(fēng)面積，絕緣子串高度為13.5m,查表得風(fēng)壓高度變化系數(shù)，則 導(dǎo)線風(fēng)壓為 2.運(yùn)行情況2：直線桿塔的第二種荷載組合為覆冰、有相應(yīng)風(fēng)速、未斷線。 設(shè)計冰厚為5mm ,覆冰系數(shù)取K=1.075,則地線重力為下圖（a）（b）分別為正常運(yùn)行情況1和2的荷載圖。3. 斷導(dǎo)線情況1、2：斷一根導(dǎo)線的荷載組合為無風(fēng)、無冰。下圖（c）、（d）為斷上下導(dǎo)線的荷載圖。4. 斷地線情況：斷地線荷載組合情

14、況為無冰、無風(fēng)、導(dǎo)線未斷。下圖（e）為斷地線荷載圖。5. 安裝情況1：起吊上導(dǎo)線，荷載組合情況為有相應(yīng)風(fēng)、無冰。 掛上導(dǎo)線時，導(dǎo)線越過下橫擔(dān)須向外拉開，其拉力與水平線的夾角為，并假定上、下橫擔(dān)間導(dǎo)線水平拉出1.3m。下圖（f）為起吊上導(dǎo)線時的荷載圖。6. 安裝情況2：起吊下導(dǎo)線。 地線、導(dǎo)線的重力和風(fēng)壓同安裝情況1所述。正在起吊下導(dǎo)線時下橫擔(dān)處的總重力為下圖（ g)為起吊下導(dǎo)線時的荷載圖。7. 桿身風(fēng)壓計算。根據(jù)已知條件：風(fēng)壓高度變化系數(shù)取，構(gòu)件體形系數(shù)取，電桿風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)取。正常情況大風(fēng)時上橫擔(dān)處單位長度桿身風(fēng)壓為五. 電桿桿柱的強(qiáng)度驗(yàn)算及配筋計算1. 配筋及抵抗彎矩計算初選嵌固點(diǎn)處配置光

15、面級縱向鋼筋，；C30的混凝土；斷外面直徑查附表9得計算可知： 錐形電桿通常在滿足外彎矩的條件下，可逐段減少主筋，技術(shù)術(shù)語稱抽筋（通常每隔數(shù)米減少兩根主筋）其它各段的抵抗彎矩見下表，電桿抵抗彎矩圖及各段配筋如附圖4。抵抗彎矩DdA25704708164026048160.280.2523255304307536024043000.280.2519484903906908022040200.280.24158114503506280020036180.280.241301342332358561186.532160.270.24110153962965432217328140.260.24921

16、73702705024016024120.250.2372232901903768012020100.240.23432.拉線的計算（見教材圖519）設(shè)計電桿外徑400mm，內(nèi)徑300mm。四根拉線采用對稱布置，拉線點(diǎn)在下橫擔(dān)處，設(shè)計拉線與橫擔(dān)的水平夾角 40 ，與地面的夾角60，拉線長度L13.5/sin6015.6m，在地面上投影b1Lcos607.8m，電桿埋深3m，拉線盤埋深2.5m。拉線的受力計算主要由正常情況的荷載和撓度控制。正常情況下拉線的受力取最大風(fēng)速情況計算，此時P98.44（N/m） 斷上導(dǎo)線時的受力其受力為 其中 選擇拉線截面 選取拉線177.8 1570。2.正常情況下

17、電桿彎矩計算.運(yùn)行情況1（大風(fēng)）桿頭荷載如附圖3, 拉線點(diǎn)以上部分（截面0，1，2，）處的彎矩計算： （2）運(yùn)行情況2（覆冰）運(yùn)行情況2的計算方法同上，因?yàn)闉榉侵乇鶇^(qū)，故不是控制條件，計算略去。3.斷導(dǎo)線情況時的彎矩計算斷上導(dǎo)線情況因斷上導(dǎo)線對桿身產(chǎn)生的彎矩比斷下導(dǎo)線要大得多（即斷上導(dǎo)線起著控制作用），故只計算斷上導(dǎo)線時桿柱的彎矩。首先計算斷導(dǎo)線時的設(shè)計荷載。斷導(dǎo)線張力為（2). 地線不平衡張力引起的彎矩 因?yàn)殡姉U在嵌固點(diǎn)的彎矩最大，故只計算此點(diǎn)的彎矩為4.電桿安裝時強(qiáng)度驗(yàn)算1)安裝上導(dǎo)線各處的彎矩2)安裝下導(dǎo)線時各處的彎矩安裝時產(chǎn)生的最大彎矩M1=14967 N.m，M2=21784 N.m

18、 均在抵抗彎矩包絡(luò)圖內(nèi)，故安全。5.桿柱彎扭驗(yàn)算 上字型無拉線單桿直線電桿轉(zhuǎn)動橫擔(dān)啟動力為2500N，橫擔(dān)長度為2.5m，故上導(dǎo)線短線，橫擔(dān)轉(zhuǎn)動時主桿同時承受彎矩，剪力和扭矩的作用，剪力V=2500N ,扭矩T=25002.5=6250N。電桿外徑D=400mm，內(nèi)徑d=300mm,C30的混凝土，則全部應(yīng)力可由混泥土承擔(dān)，螺旋鋼筋可僅按構(gòu)造要求配置。6.正常情況時的裂縫寬度驗(yàn)算 嵌固點(diǎn)處配置18光面級縱向鋼筋。采用級螺旋鋼筋，螺距為S=100mm。（1）. 驗(yàn)算裂縫寬度應(yīng)采用彎矩標(biāo)準(zhǔn)值（即荷載標(biāo)準(zhǔn)值引起的彎矩）7.電桿組立時的強(qiáng)度驗(yàn)算 對電桿除了要進(jìn)行各種工作狀態(tài)下的強(qiáng)度和抗裂計算外，還應(yīng)根

19、據(jù)實(shí)際組立的起吊方法進(jìn)行起吊強(qiáng)度驗(yàn)算。下面以該電桿為例，按人字抱桿單點(diǎn)起吊法進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 1.已知上橫擔(dān)B點(diǎn)的集中荷載為上橫擔(dān)和絕緣子串的重量，估計為900N,作用在下橫擔(dān)C點(diǎn)的集中荷載為2000N；整根電桿自重為35000N,為計算方便并偏安全設(shè)計，將錐形電桿的自重按照等徑電桿均布荷載計算，即電桿每米重量(1). 支點(diǎn)反力（見下圖） 根據(jù)求出的各點(diǎn)彎矩和零點(diǎn)彎矩的位置，畫出彎矩圖，如下圖所示。從彎矩圖可以看出，雖然安裝引起的彎矩大于正常大風(fēng)情況的彎矩，但仍然小于電桿的抵抗彎矩，安全。2.以下橫擔(dān)C點(diǎn)為起吊點(diǎn)計算方法同上，剪力及彎矩圖如下圖。六.電桿基礎(chǔ)選型及強(qiáng)度校驗(yàn) (1) 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

20、?；A(chǔ)的計算寬度為電桿埋深為，電桿腿部外徑 =2)計算。水平荷載合力為，等效作用點(diǎn)高度為，抗傾覆基礎(chǔ)穩(wěn)定驗(yàn)算。查表得基礎(chǔ)附加分項(xiàng)系數(shù)，則加上下卡盤后抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。設(shè)卡盤位置為，并選擇卡盤截面為求。 計算E。其計算式為計算基礎(chǔ)的極限傾覆力為 計算上下卡盤的抗傾覆力Pk為計算卡盤長度?？ūP的截面尺寸為，則卡盤實(shí)際長度為 選擇上卡盤規(guī)格為?；A(chǔ)抗壓強(qiáng)度校驗(yàn)。1)抗壓承載力的計算規(guī)格：a b t1（m m m）=0.8 0.8 0.18基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的豎向壓力設(shè)計值包括電桿自重、導(dǎo)地線絕緣子及金具的重量，估計為35000N基礎(chǔ)自重及土石方重量約為28.4kN,地盤底面壓應(yīng)力為底盤強(qiáng)度計算將基礎(chǔ)

21、底部的壓應(yīng)力看做底盤底面積的均布荷載，即底盤配筋選用10級鋼筋，鋼筋面積為，故基礎(chǔ)底盤選配符合要求。所以，選用規(guī)格：a b t1（m m m）=0.8 0.8 0.18的底盤且底盤配筋選用10級鋼筋是安全的。上拔基礎(chǔ)的計算包括拉線盤上拔穩(wěn)定，水平方向穩(wěn)定及拉線盤強(qiáng)度驗(yàn)算拉線盤規(guī)格：0.30.60.2基本參數(shù)2）上拔穩(wěn)定計算上拔深度為：=3.0-0.3=2.7m臨界深度：b/a=2m3mD=0.6(b+a)=0.54m=1.5D=0.81m抗拔土的體積：水平穩(wěn)定驗(yàn)算被動土抗力為：由垂直分力產(chǎn)生水平抗力為水平驗(yàn)算合格七.課程設(shè)計總結(jié)經(jīng)過一周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計終于完成了。在沒有做課程設(shè)計以前覺得課程設(shè)計只是對輸電桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計這門課程所學(xué)知識的單純總結(jié)，但是通過這次做課程設(shè)計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。課程