普通鋼筋混凝土電桿桿塔設計

1、摘要 本課程設計是設計普通鋼筋混凝土電桿。先查有關規(guī)程得到譬如氣象、導線、地線及土壤的有關參數(shù)，再用列表法求得臨界檔距，并判斷有效臨界檔距和控制氣象條件；以設計條件為已知狀態(tài)，查閱相關資料、文獻，確定出電桿的外形尺寸，計算出電桿的7種情況下的荷載，最后對所設計的電桿進行強度校驗及配筋計算。本課程設計的重點和難點內容是關于電桿7種情況下的荷載的計算，還要利用有關cad方面的知識進行繪圖，這對于我是一個很大的挑戰(zhàn)，對我以后的學習與工作都有很好的指導意義。關鍵詞：混凝土電桿；電桿荷載；強度校驗目錄摘要i1 設計條件和相關參數(shù)11.1 氣象條件11.2 導線和地線的相關參數(shù)11.3 絕緣子的相關參數(shù)2

2、1.4 電桿的相關參數(shù)21.5 土的相關參數(shù)22 各種氣象條件下的比載計算32.1 導線比載的計算32.2 地線比載的計算43 計算臨界檔距53.1 判斷控制氣象條件53.2 判斷最大弧垂氣象74 電桿外形尺寸的確定94.1 電桿的總高度94.2 橫擔長度的計算104.3 電桿外形尺寸校驗115 電桿荷載計算136 電桿桿柱的強度驗算及配筋計算186.1 正常情況下電桿彎矩計算186.2 斷導線情況196.3 電桿安裝時強度驗算216.4 桿柱彎矩驗算216.5 電桿正常運行的裂縫寬度驗算22總結23參考文獻241、設計條件和相關參數(shù)1.1氣象條件表1.1-1：級典型氣象區(qū)的氣象條件 大氣溫度

3、() 風速(m/s) 覆冰（）最高溫最低溫覆冰最大風安裝雷 電過電壓操作過電壓、年均氣溫最大風覆冰安裝雷電過電壓操作過電壓 覆冰厚度+40-5-+100+15 +203510101517.501.2導線和地線的有關參數(shù)表1.2-1：lgj120/20導線參數(shù)根數(shù)/直徑 （mm)計算截面（mm2） 外徑（mm)直流電阻不大于（/km)計算拉斷力（n）單位長度質量（kg/km) 鋁鋼鋁鋼總計15.070.249641000466.826/2.387/1.85115.6718.82134.49表1.2-2：gj-35地線參數(shù) 型號計算截面（）計算直徑（mm）極限強度()最大拉斷力(n)最小拉斷力(n

4、)重量(kg/km)gj-35 37.2 7.8 11761372 47000 46000 3001.3絕緣子相關參數(shù)表1.3-1絕緣子x-4.5參數(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不小于抗張機械負荷（kn）重量（kg）結構高度h盤徑d公稱爬電距離l連接形式標記干閃絡濕閃絡1min濕耐受擊穿50%閃絡耐受例行試驗1h機電試驗機電破壞不小于x-4.5146254285168045401101201003645605.01.4電桿的有關參數(shù) 主桿頂徑為270mm，電桿的錐度為1/75，壁厚為50mm。絕緣子串和金具的總重力為324n（3片x-4.5）

5、，地線金具重力為90n。桿柱混凝土等級為c30，離心式制造。1.5土的相關參數(shù) 土的狀態(tài)為粘性土軟塑，查規(guī)程得土的計算容重s=15kn/m3，計算上拔角=100，計算內摩擦角=150，土壓力系數(shù)m=26kn/m3。2各種氣象條件下的比載計算2.1導線比載的計算（單位：mpa/m） （1）自重比載（mpa） （2）冰重比載由于該地區(qū)無覆冰，因此冰重比載為。 （3）垂直總比載 =34.014（mpa） （4）無冰風壓比載 安裝有風的情況下，=， =8.403（mpa/m） 在最大風速情況下，=，計算強度時， =77.211（mpa/m） （5）覆冰風壓比載：=，計算強度時，則由于該地區(qū)無覆冰情況，

6、那么b=0，則=8.403（mpa/m） （6）無冰綜合比載 外過電壓、安裝有風，則 （mpa/m） 最大風速，計算強度時，有 （mpa/m） （7）覆冰綜合比載 （mpa/m）2.2地線的比載計算 地線的比載計算同導線的比載計算，結算結果如下表 表2.2-1導線和地線荷載計算參數(shù) 名稱導線lgj-120/20 地線gj-35 截面面積(mm2) ad=134.49 外徑(mm) dd=15.07 比載(mpa/m)=34.014=0=34.014=8.403=77.211=8.403=35.036=82.135=35.036=83.997=0=83.997=15.442=132.41=15.

7、442=85.404=156.813=85.4043計算臨界檔距3.1判斷控制氣象條件 （1）可能成為控制條件的是最低氣溫、最大風速、覆冰有風和年均氣溫，整理該典型氣象區(qū)四種可能控制條件的有關氣象參數(shù)，如下表。 表3.1-1：可能控制氣象條件有關參數(shù)參數(shù)氣象最低氣溫最大風速覆冰有風年均氣溫氣溫()-5+10-+20風速(m/s)035100冰厚(mm)0000 （2）計算用氣象條件表3.1-2計算用氣象條件氣象項目最高氣溫最低氣溫最大風速最厚覆冰內過電壓外過電壓外過有風安裝有風事故氣象年均氣溫氣溫+40-10 +10-5+15+15+150-10+15風速0030101515101000冰厚0

8、005000000（3）查規(guī)程得導線的有關參數(shù)如表。 表3.1-3：lgj-120/20導線的有關參數(shù)截面積a(mm2)導線直徑d(mm)彈性系數(shù)e(mpa)溫度系數(shù)a(1/)計算拉斷力tj(n)單位長度質量q(kg/km)強度極限p(mpa)安全系數(shù)k許用應力o(mpa)年均應力上限cp(mpa)134.4915.077600018.510-641000466.8289.612.5115.8472.4最低氣溫、最大風速、覆冰有風的許用應力為115.84mpa，年均氣溫的許用應力為72.4mpa。 （4）計算有關比載和比值/o，計算結果列于下表。 表3.1-4：比值/o計算結果及其排序表氣象條

9、件最低氣溫最厚覆冰年均氣溫最大風速(mpa/m)34.01435.03634.01482.135o(mpa)115.84115.8472.4115.84/o(1/m)0.2930.3020.4690.709排序abcd （5）計算有效臨界擋距，等高差，所以cos=1 利用上式得有效臨界檔距判別表如下表所示。表3.1-5有效臨界檔距判別表氣象條件abcd臨界檔距(m)=虛數(shù) =132.5992=44.1566=190.75=67.213=虛數(shù)- 因為臨界檔距為190.75m，為67.213m。由氣象控制條件可以知道，實際有效臨界檔距為 =67.213m。我們設代表檔距為=70m。 所以當067.

10、213時，控制氣象條件為最厚覆冰。 當67.213時，控制氣象條件為年均氣溫。3.2判斷最大弧垂氣象因為第1氣象區(qū)沒有覆冰情況產(chǎn)生，所以最大弧垂一定出現(xiàn)在最高氣溫。 （1）由年均許用應力=72.40mpa ，設最高溫度導線應力為。由狀態(tài)方程式 把已知參數(shù)代入a、b的公式中：將a、b代入狀態(tài)方程得即最高氣溫時的導線應力 （2）最大弧垂計算：最大弧垂為，代入各參數(shù)得 4電桿外形尺寸的確定4.1電桿的總高度桿塔的總高度與檔距、地理條件、電壓等級、氣候及電氣條件等因素有關。桿塔的總高度等于呼稱高度加上導線間的垂直距離和避雷線支架高度，對于鋼筋混凝土電桿還要加上埋地深度。4.1.1電桿呼稱高度 電桿下橫

11、擔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、導線最大弧垂fmax、導線到地面及被跨越物安全距離hx及施工裕量h組成，即35kv電桿采用3片x-4.5絕緣子=0.438，導線弧垂為2.987m, 電桿按居民區(qū)設計偏安全，設計導線到地面垂直距離為7.0m,檔距為240m施工裕度為0.7m。因此，電桿設計呼高h=11.123,選取呼高為13m。4.1.2導線間的垂直距離單回線路兩相導線水平排列線間距，規(guī)程規(guī)定：導線間的水平線間距，可根據(jù)運行經(jīng)驗確定，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dm=1.797m，dv=1.

12、348m。設計導線間水平距離為4m，設計導線間垂直距離為3m。4.1.3地線支架高度設計35kv線路采用=250防雷保護角，取地線支架向右側偏移0.3m,避雷線支架高度為h，則地線對下橫擔左側導線防雷保護為控制條件，由防雷條件知求得 選取避雷線支架高度為3.0m。 綜上，電桿設計總高h=3.0+4.0+13+3=23.0m。4.2 橫擔長度計算由以上計算出兩相導線水平間距，可選取下橫擔長度為6m,上下導線垂直間距為4m,上下導線水平偏移距離1.2m,上橫擔長度為1.8m。電桿草圖如下 圖4.2 電桿草圖4.3電桿外形尺寸校驗 （1）上下導線垂直線間距的校驗。由規(guī)程得最小垂直線間距為3.5m,

13、小于實際線間距4.0m，合格。 （2）上下導線水平偏移校驗。由規(guī)程規(guī)定水平偏移距離為0.5m,小于實際上下導線水平偏移距離1.0 m,合格。 （3）間隙圓校核。級氣象區(qū)三種氣象條件風速：正常運行情況v=35m/s,操作過電壓v=17.5m/s,雷電過電壓v=15m/s1 三種氣象條件下絕緣子串風荷載為 因n1=1，n2=3，s=1.0，aj=0.03m2，z=1.1，則2 三種氣象條件下導線風荷載為3 導線重力荷載 4 三種氣象條件下絕緣子的風偏角為 5 規(guī)程給出的最小空氣間隙為：rz=0.25，rc=0.70，rl=1.00。根據(jù)=1.022m和、r值，用一定比例制作間隙圓校驗圖，三種氣象條

14、件下間隙校驗合格。 圖4.2 間隙圓校驗圖5電桿荷載計算（1）運行情況1：直線桿塔第一種荷載組合情況為最大設計風速、無冰、未斷線。級氣象區(qū)，從規(guī)程中查得：v=35m/s，t=+10，b=0。 1 地線重力為 2 地線風壓為 3 導線重力為 4 絕緣子串風荷載：絕緣子串數(shù)n1=1，每串絕緣子片數(shù)n2=3，單裙一片絕緣子擋 風面積aj=0.03m2，絕緣子串高度為20m,查表得風壓高度變化系數(shù)z=1.25，則 5 導線風壓為 （2）運行情況2：因為氣象條件是典型氣象區(qū)區(qū)，無覆冰，所以直線桿塔的第二種荷載組合為覆冰、有相應風速、未斷線，不存在。 下圖（a）為正常運行情況1的荷載圖。 （3）斷導線情況

15、1、2：斷一根導線的荷載組合為無風、無冰。1 地線重力：gb=840n2 導線重力 未斷導線相： 斷導線相為 3 查表得導線計算拉斷力為41000n取百分比為35，導線斷線張力： 地線支持力： 下圖（b）、（c）為斷上、下導線的荷載圖。(a)正常運行情況荷載圖 （b）斷上導線荷載圖 （c）斷下導線荷載圖（4）斷地線情況：斷地線荷載組合情況為無冰、無風、導線未斷。1 導線重力：gd=1146(n)2 地線重力： 3 地線斷線張力。gj-35最小破壞拉力 tp=47000n 地線最大使用張力為 地線最大使用張力百分比值為20%，則 下圖（d）為斷地線荷載圖。（d）斷底線荷載圖 （5）安裝情況i（荷

16、載圖見圖e）：起吊上導線，荷載組合情況為相應風速、無冰。查得，t=,b=0。1 地線重力：2 地線風壓：3 導線重力：4 導線風壓：掛上導線時，導線越過下橫擔須向外拉開，存在拉力t1和t2。根據(jù)輸電桿塔及基礎設計（陳祥和）可得兩個公式為： 由公式和可以算出：；所以它們引起的垂直荷載和橫向荷載 為： 則 （6）安裝情況ii（f）：起吊下導線： 地線、導線的重力和風壓同安裝情況i，正在起吊下導線時下橫擔處的總重力為 （e）安裝情況i荷載圖 （f）安裝情況ii荷載圖（7）桿身風壓計算。根據(jù)已知條件：風壓高度變化系數(shù)取z=1.25，構件體形系數(shù)取s=0.7，電桿風荷載調整系數(shù)取z=1.0 。 正常情況

17、大風時 上橫擔處單位長度桿身風壓為 下橫擔處單位長度桿身風壓為 電桿接頭處處單位長度桿身風壓為 地面處單位長度桿身風壓為 6 電桿桿柱的強度驗算及配筋計算6.1正常情況下電桿彎矩計算(1)運行情況（大風）電桿荷載如圖, 截面0，1，2 ,3，4，5處的彎矩為 圖6.1彎矩計算草圖由于給定的荷載為標準值，因此要乘以荷載分項系數(shù)，永久荷載分項系數(shù)，可變荷載分項系數(shù)，結構重要性系數(shù)，正常運行情況組合系數(shù)。(2)運行情況（覆冰）運行情況的計算方法同上，因為為無冰區(qū)，故不是控制條件。6.2斷導線情況(1)斷上導線情況 因斷上導線對桿身產(chǎn)生的彎矩比斷下導線要大得多，即斷上導線起著控制作用，故只計算斷上導線

18、時桿柱的彎矩。 首先計算斷導線時的設計荷載。 斷導線張力為 地線最大支持力為 最小支持力為 地線不平衡力為 橫擔轉動后斷線張力為 上橫擔處彎矩為 嵌固點處的彎矩為 圖6.2 斷上導線彎矩圖 (2) 地線不平衡張力引起的彎矩 因為電桿在嵌固點的的彎矩最大，故只計算電桿嵌固點的彎矩 6.3電桿安裝時強度驗算(1)安裝上導線時各處彎矩為(2) 安裝下導線時各處的彎矩為安裝時產(chǎn)生的最大彎矩m1=19635.2n.m，m2=42846.1n.m均在抵抗彎矩包絡圖內，安全。6.4桿柱彎扭驗算上字型無拉線單桿直線電桿轉動橫擔啟動力取2500n，橫擔長度為3.0m,上導線斷線，橫擔轉動時主桿同時承受彎矩、剪力

19、和扭矩的作用，剪力v=2500n，扭矩。電桿壁厚50mm ,c30級混泥土, 則故螺旋鋼筋需按計算配置。6.5電桿正常運行的裂縫寬度驗算 由配筋圖的嵌固點出配制2414光面級縱向鋼筋。采用6級螺旋鋼筋， 螺距為s=100mm。嵌固點處r2=261mmm，r1=211mm，rs=236mm，ac=3.14(r22-r12)=3.14(2612-2112)=74104(mm2),as=3696mm2，ec=30kn/mm2，es=210kn/mm2。光面鋼筋=1，ftk=2.0n/mm2。(1)驗算裂縫寬度應采用彎矩標準值（即荷載標準值引起的彎矩）=1.151.01.2（840300+114615

20、00）+1.4(122920000+261017000+2261013000+0.01731900010500)=228540753.5（）=228.5（）=7=a+(-1)=89019+(7-1)3696=111195（）=（+）=7644760.4（）=2-0.4=2-0.4=1.565(2)計算開裂彎矩.=1.5652.07644760.4=23928100（）=23.9（）(3)計算裂縫寬度=（200+100）1 =0.16mm =0.16mm=0.2mm故滿足要求?？偨Y 兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，

21、又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。 課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎 通過這次對普通鋼筋混泥土電桿設計，本人在多方面都有所提高。能夠綜合運用本專業(yè)所學課程的理論和生產(chǎn)實際知識對實際工程進行設計、計算以及校驗，同時提高了計算能力，繪圖能力，熟悉了規(guī)范和標準，并且各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。 作為一名專業(yè)學生掌握一門或幾門制圖軟件同樣是必不可少的，本次課程設計中就有要求用 auto cad制圖，在整個設計過程中都用到了它。用cad