第一講 桿塔荷載

1、輸電桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)培訓(xùn)講義陳祥和 主講第一講桿塔荷載 第一節(jié)第一節(jié) 桿塔分類(lèi)桿塔分類(lèi)一、按荷載隨時(shí)間的變異可分一、按荷載隨時(shí)間的變異可分 永久荷載：永久荷載： 包括桿塔自重荷載、導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)、絕緣子、金具的重力及其它固定設(shè)備的重力,土壓力和預(yù)應(yīng)力等. 荷載。 可變荷載：可變荷載： 包括風(fēng)荷載、導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)和絕緣子上的覆冰荷載，導(dǎo)線(xiàn)避雷線(xiàn)張力、事故荷載、安裝荷載和驗(yàn)算荷載和人工和工具等附加等 特殊荷載：特殊荷載： 地震引起的地震荷載，以及在山區(qū)或特殊地形地段，由于不均勻結(jié)冰所引起的不平衡張力等荷載。 二、按荷載作用在桿塔上方向分二、按荷載作用在桿塔上方向分 據(jù)計(jì)算需要，將它據(jù)計(jì)算需要，將它們分們

2、分 解成作用在桿塔解成作用在桿塔上的垂直荷載、上的垂直荷載、橫向橫向水平荷載水平荷載、縱向水平縱向水平荷載荷載, ,如圖如圖1 11 1。 特別說(shuō)明特別說(shuō)明: : 荷載有荷載有: : 1 1 、荷載標(biāo)準(zhǔn)值荷載標(biāo)準(zhǔn)值 按照各種荷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算按照各種荷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算而得的荷載叫標(biāo)準(zhǔn)荷而得的荷載叫標(biāo)準(zhǔn)荷, ,如桿塔如桿塔塔身自垂為體積乘容重塔身自垂為體積乘容重, ,風(fēng)風(fēng)載為基本風(fēng)壓乘擋風(fēng)面積載為基本風(fēng)壓乘擋風(fēng)面積. . 2 2 、荷載設(shè)計(jì)值荷載設(shè)計(jì)值 荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘分項(xiàng)系數(shù)荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘分項(xiàng)系數(shù) 一般分項(xiàng)系數(shù)一般分項(xiàng)系數(shù): : 永久荷載取永久荷載取1.21.2 可變荷載取可變荷載取1.41.4 圖11 第

3、二節(jié)桿塔標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算方法第二節(jié)桿塔標(biāo)準(zhǔn)荷載計(jì)算方法 一、自重荷載一、自重荷載 1導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)的自重荷載 無(wú)冰時(shí) 覆冰時(shí) 式中n 每相導(dǎo)線(xiàn)子導(dǎo)線(xiàn)的根數(shù)； 桿塔的垂直檔距，m； 1 導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)無(wú)冰垂直比載， n/m.mm2； 2 導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)覆冰垂直比載，n/m.mm2； a 導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)截面面積 mm2。 2絕緣子串、金具的垂直荷載 無(wú)冰時(shí)為絕緣子串、金具自重 ， 可查絕緣子及各組合絕緣子串的金具重量表。 覆冰時(shí) 式中k覆冰系數(shù) valng1valng2jgjjkgg vl3桿塔自重荷載 桿塔自重荷載可根據(jù)桿塔的每根構(gòu)件逐一統(tǒng)計(jì)計(jì)算而得，也可根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，參照其它同類(lèi)桿塔資料，做適當(dāng)假定獲得。例1-

4、1已知某導(dǎo)線(xiàn)自重比載1d35.8 n/m. 導(dǎo)線(xiàn)垂直檔距l(xiāng)v368m，導(dǎo)線(xiàn)水平檔距為lp245m，導(dǎo)線(xiàn)采用lgj150/35，截面面積為ad181.62 ，絕緣子串和金具的總重量為530n（7片x4.5），求導(dǎo)線(xiàn)作用在桿塔上的垂直荷載標(biāo)準(zhǔn)值。解：導(dǎo)線(xiàn)重量gd：2mm2mmjdddddglag1n291352036862.181108 .363二、導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)張力引起的荷載計(jì)算二、導(dǎo)線(xiàn)、避雷線(xiàn)張力引起的荷載計(jì)算張力引起的荷載是不平衡張力張力引起的荷載是不平衡張力直線(xiàn)型桿塔：直線(xiàn)型桿塔：（1）正常運(yùn)行情況 不出現(xiàn)不平衡張力，但當(dāng)氣象條件發(fā)生變化時(shí)，或因檔距、高差不等引起荷載改變，從而產(chǎn)生縱向不平衡

5、張力。（2）事故斷線(xiàn)時(shí) 在縱向產(chǎn)生斷線(xiàn)張力。 轉(zhuǎn)角桿塔、耐張型桿塔：轉(zhuǎn)角桿塔、耐張型桿塔：張力分解成橫向荷載（稱(chēng)角度荷載）和縱向荷載（稱(chēng)不平衡張力）。1角度荷載：產(chǎn)生橫向荷載（如圖12） pjt1sin1t2sin2 式中 、桿塔前后導(dǎo)線(xiàn)張力 ； 、導(dǎo)線(xiàn)與桿塔橫擔(dān)垂線(xiàn)間的夾 角（）。 當(dāng)122時(shí)，（為線(xiàn)路轉(zhuǎn)角）則 pj=(t1+t2)sin/2 當(dāng)0時(shí)pj0為直線(xiàn)型桿塔 圖12a圖12b2不平衡張力：產(chǎn)生縱向荷載（如圖13）t=t1cos1-t2cos2 當(dāng)122時(shí) 則： t=（t1-t2）cos2 當(dāng)t1=t2時(shí)，t=0；當(dāng)=0時(shí)，為直線(xiàn)型桿塔， t =t1-t2。 2t1t1t1t1t1t

6、12t2t2t1sin2t222sin1t2sin2t21sint1圖13a圖13b3. 斷線(xiàn)張力荷載 產(chǎn)生縱向水平荷載直線(xiàn)桿塔：按規(guī)程規(guī)定了直線(xiàn)桿塔的導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)的斷線(xiàn)張力分別取各自最大使用張力乘以一個(gè)百分比值。 tdtdmax.x%式中 td斷線(xiàn)張力 n tdmax導(dǎo)、地線(xiàn)最大使用張力， tdmax tp/kc n； tp導(dǎo)、地線(xiàn)的拉斷力，n（查導(dǎo)線(xiàn)手冊(cè)）； 2t1t1t1t1t1t12t2t2t122cos1t2cost22cos1cost1t22 kc導(dǎo)、地線(xiàn)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，導(dǎo)線(xiàn)取k 2.5，地線(xiàn)取k2.7； x%最大使用張力百分比值，按規(guī)程 規(guī)定選用； 對(duì)各級(jí)電壓的耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔及

7、終端桿塔導(dǎo)線(xiàn)斷線(xiàn)張力取最大使用張力的70%。地線(xiàn)的斷線(xiàn)張力取最大使用張力的80%。 例12 已知某干字型轉(zhuǎn)角桿塔的轉(zhuǎn)角為 900 ，正常運(yùn)行情況桿塔前后導(dǎo)線(xiàn)張力（標(biāo)準(zhǔn)值）為t12500n，t22000n, 并且 ，試求作用在桿塔下橫擔(dān)上縱向水平荷載和橫向水平荷載的荷載標(biāo)準(zhǔn)值，要求畫(huà)出荷載示意圖 解：根據(jù)題意有 ,作用在下橫擔(dān)上的角度力（橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值）為 pj（t1t2）sin /2 （25002000）sin /2 3181.5n 不平衡張力(縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值） t（t1t2）cos /2 =(2500-2000) cos /2 353.5n0902109009009021例13 已知

8、某220kn線(xiàn)路耐張自立鐵塔，地線(xiàn)采用： 176.61370ayb/t5004-2001型，試求該地線(xiàn)斷線(xiàn)張力。解：查表得破壞拉斷力tp 33.50kn，安全系數(shù)取2.7，地線(xiàn)最大使用張力百分比值為80%。地線(xiàn)最大使用張力： 地線(xiàn)斷線(xiàn)張力：tdtdmax.x%12.4180%9.93kn knkttcp41.127 . 250.33max 三、風(fēng)荷載的計(jì)算三、風(fēng)荷載的計(jì)算 1、導(dǎo)線(xiàn)、地線(xiàn)風(fēng)荷載的計(jì)算 (1)風(fēng)向垂直于導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)荷載計(jì)算 (2)風(fēng)向與導(dǎo)線(xiàn)不垂直時(shí)風(fēng)荷載計(jì)算 風(fēng)向垂直于導(dǎo)線(xiàn)的風(fēng)荷載計(jì)算: 當(dāng)風(fēng)向與導(dǎo)、地線(xiàn)垂直時(shí)，導(dǎo)、地線(xiàn)的風(fēng)荷載用下式計(jì)算： 無(wú)冰時(shí) p=4alpcos/ 2 n 覆冰

9、時(shí) p=5alpcos/2 n 式中 4、5分別為無(wú)冰、覆冰風(fēng)壓比載，; a導(dǎo)、地線(xiàn)截面面積， ； lp水平檔距，m； 線(xiàn)路轉(zhuǎn)角。 例14已知某輸電線(xiàn)路水平檔距為350m，垂直檔距為460m，正常情況下最大風(fēng)、無(wú)冰，導(dǎo)線(xiàn)的垂直比載r1d=35.80 ，導(dǎo)線(xiàn)風(fēng)比載r4d(25) =35.19 ,試求作用在桿塔導(dǎo)線(xiàn)上的水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值。解： 水平荷載：p= r4d(25) adlp=35.19 181.623502236.9n 2./mmmn2mm3103103102. 桿塔塔身風(fēng)荷載的計(jì)算 風(fēng)向作用在與風(fēng)向垂直的結(jié)構(gòu)物表面的風(fēng)荷載用下 pg=zszafw0 式中 z風(fēng)壓高度變化系數(shù)， s構(gòu)件體形系

10、數(shù),采用下列數(shù)值環(huán)形截面鋼 筋混凝土桿0.7 圓斷面桿件：當(dāng)w0d20.002時(shí) 1.2 當(dāng)w0d20.015時(shí) 0.7 (上述中間值按插入法計(jì)算) 由圓斷面桿件組成的塔架 (0.71.2)(1+)型鋼(角鋼、槽鋼、工字型和方鋼) 1.3 由型鋼桿件組成的塔架 1.3(1+) d圓斷面桿件直徑，m； af構(gòu)件承受風(fēng)壓投影面積計(jì)算值，m2； 塔架背風(fēng)面荷載降低系數(shù)， z桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)。 w0基本風(fēng)壓，w0v2/1600，k/m2 af桿塔塔身構(gòu)件承受風(fēng)壓的投影面積計(jì)算值 對(duì)電桿桿身：ac=h(d1d2)/2 對(duì)鐵鐵身： ac=h(b1+b2)/2 h計(jì)算段的高度 m d1、d2電桿計(jì)算風(fēng)壓段

11、的頂徑和根徑 m，錐度為1/75的錐形電桿d2為d2= d1+ h/75； b1、b2鐵塔塔身計(jì)算段內(nèi)側(cè)面桁架（或正面桁架）的上寬和下寬 鐵塔構(gòu)架的填充系數(shù)，一般窄基塔身和塔鐵塔構(gòu)架的填充系數(shù)，一般窄基塔身和塔 頭取頭取0.20.3，寬基塔塔身可取，寬基塔塔身可取0.150.2,考考 慮節(jié)點(diǎn)板擋風(fēng)面積的影響慮節(jié)點(diǎn)板擋風(fēng)面積的影響,應(yīng)再乘以風(fēng)壓增應(yīng)再乘以風(fēng)壓增 大系數(shù)大系數(shù),窄基塔取窄基塔取1.2,寬基塔取寬基塔取1.1 。3絕緣子串風(fēng)荷載的計(jì)算絕緣子串風(fēng)荷載的計(jì)算 pj=n1(n2+1)sz ajw0 kn式中式中 n1一相導(dǎo)線(xiàn)所用的絕緣子串?dāng)?shù)；一相導(dǎo)線(xiàn)所用的絕緣子串?dāng)?shù)； n2每串絕緣子的片數(shù)

12、每串絕緣子的片數(shù),加加“”表示金具表示金具受風(fēng)受風(fēng) 面相當(dāng)于片絕緣子；面相當(dāng)于片絕緣子； s絕緣子串風(fēng)載體型系數(shù)；絕緣子串風(fēng)載體型系數(shù)；z風(fēng)壓隨高度變化系數(shù)； a每片的受風(fēng)面積，單裙取0.03m2，雙裙 取0.04m2；w0 其本風(fēng)壓，其本風(fēng)壓， kn/m2 例15已知拉線(xiàn)電桿高度21m，埋深2m ，電桿外徑d=500mm,內(nèi)徑d=400mm， 電壓等級(jí)110kv，級(jí)氣象區(qū)，試計(jì)算作用在桿身上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。解：查表得 高度20m，電壓110kv，地面粗糙度b類(lèi) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)取z=1.10 桿塔風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)z=1.0 環(huán)形截面鋼筋混凝土電桿 構(gòu)件體形系數(shù)取s=0.7 p=zszafw0=

13、1.100.71.00.5252/1.6 =236.7n/m 答：作用在桿身上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為236.7n/m 第三節(jié)第三節(jié) 桿塔外形尺寸的確定桿塔外形尺寸的確定 桿塔外形尺寸的確定，除要求滿(mǎn)足電氣條件外，同時(shí)要求滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及外形的美觀(guān)。桿塔外形尺寸主要包括桿塔呼稱(chēng)高、橫擔(dān)長(zhǎng)度、上下橫擔(dān)的垂直距離、地線(xiàn)支架高度、地線(xiàn)掛點(diǎn)之間水平距離等 。一、桿塔高度的確定一、桿塔高度的確定 1、桿塔總高度、桿塔總高度 桿塔的總高度等于呼稱(chēng)高度加上導(dǎo)線(xiàn)間的垂直距離和避雷線(xiàn)支架高度，對(duì)于鋼筋混凝土電桿還桿塔總高度要加上埋地深度h0。2 2、桿塔呼稱(chēng)高度、桿塔呼稱(chēng)高度 桿塔下橫擔(dān)的下弦邊緣線(xiàn)到地面的

14、垂直距離桿塔下橫擔(dān)的下弦邊緣線(xiàn)到地面的垂直距離h h稱(chēng)稱(chēng)為桿塔呼稱(chēng)高度為桿塔呼稱(chēng)高度 h=h= +f+fmaxmax+h+hx x+ + h h 式中式中 絕緣子串的長(zhǎng)度（包括金具的長(zhǎng)絕緣子串的長(zhǎng)度（包括金具的長(zhǎng) 度）；度）； f fmaxmax導(dǎo)線(xiàn)的最大弧垂；導(dǎo)線(xiàn)的最大弧垂； h hx x導(dǎo)線(xiàn)到地面、水面及被跨越物的安導(dǎo)線(xiàn)到地面、水面及被跨越物的安 全距離（查全距離（查線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范線(xiàn)路設(shè)計(jì)規(guī)范、 線(xiàn)路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程線(xiàn)路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程）；）； h h考慮測(cè)量、施工誤差等所預(yù)留寬度。考慮測(cè)量、施工誤差等所預(yù)留寬度。3、桿塔經(jīng)濟(jì)呼稱(chēng)高度 桿塔的呼稱(chēng)高度與檔距有直接關(guān)系，檔距越大，導(dǎo)線(xiàn)的弧垂越大，桿塔的

15、呼稱(chēng)高度也就越大。但是檔距增大時(shí)，使每公里的桿塔數(shù)量減少，因此對(duì)一定電壓等級(jí)的線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，必定有一個(gè)最優(yōu)的呼稱(chēng)高度，使得整個(gè)線(xiàn)路材料用量最少，把這個(gè)最優(yōu)呼稱(chēng)高度稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)呼稱(chēng)高度。 二、導(dǎo)線(xiàn)間距離確定二、導(dǎo)線(xiàn)間距離確定 1、導(dǎo)線(xiàn)水平距離dm 當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)搖擺不同步時(shí)，檔距中央導(dǎo)線(xiàn)部分就要靠近，會(huì)導(dǎo)致線(xiàn)間空氣間隙擊穿，從而發(fā)生線(xiàn)間閃絡(luò)。規(guī)程規(guī)定由經(jīng)驗(yàn)公式確定。 2、導(dǎo)線(xiàn)垂直線(xiàn)間距dv 導(dǎo)線(xiàn)不均勻覆冰或者導(dǎo)線(xiàn)脫冰時(shí)產(chǎn)生的導(dǎo)線(xiàn)跳躍致使導(dǎo)線(xiàn)上下大幅度的舞動(dòng) 。為了保證舞動(dòng)時(shí)不產(chǎn)生兩相導(dǎo)線(xiàn)碰撞，兩相導(dǎo)線(xiàn)必須要保證一定的安全距離，按規(guī)程規(guī)定公式計(jì)算。3、導(dǎo)線(xiàn)三角形排列等效水平線(xiàn)間距dx 按規(guī)程規(guī)定公式計(jì)算。4 、地線(xiàn)支架高度hb4 4、桿塔橫擔(dān)的確定、桿塔橫擔(dān)的確定 桿塔的橫擔(dān)長(zhǎng)度可根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)水平線(xiàn)間距和最小桿塔的橫擔(dān)長(zhǎng)度可根據(jù)導(dǎo)線(xiàn)水平線(xiàn)間距和最小空氣間隙并考慮帶電作業(yè)的要求來(lái)確定。當(dāng)懸垂空氣間隙并考慮帶電作業(yè)的要求來(lái)確定。當(dāng)懸垂絕緣子串長(zhǎng)度和風(fēng)偏角（搖擺角）、最小空氣間絕緣子串長(zhǎng)度和風(fēng)偏角（搖擺角）、最小空氣間隙確定后，隙確定后，橫擔(dān)的長(zhǎng)度也可用下式計(jì)算橫擔(dān)的長(zhǎng)度