高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計幾點(diǎn)解析

高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計幾點(diǎn)解析摘要：電力系統(tǒng)在我國的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，為人們的日常生活和工作提供了充足的能源。作為電力供應(yīng)的基礎(chǔ)保障性設(shè)施，架空輸電線路在電力供應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著十分重要的實際意義。鑒于此，本文對高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了分析探討，僅供參考。關(guān)鍵詞：高壓輸電線路；鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計；分析一、鐵塔塔頭優(yōu)化設(shè)計在以往常規(guī)500kV雙回路線路中，塔頭形式一般布置為鼓形。該塔頭布置形式較為簡潔，傳力清晰，由于導(dǎo)線采取垂直排列方式，塔頭較高，當(dāng)有跨越要求時，為滿足電氣對地距離要求，全塔高度較高，導(dǎo)致塔身風(fēng)荷載和上層導(dǎo)地線風(fēng)荷載較大，塔材耗量和基礎(chǔ)作用力均較大。另外一種形式為雙層橫擔(dān)的V串塔型，塔頭為三角形布置方式。兩種塔頭形式的比較如下圖1所示：鼓型塔：優(yōu)點(diǎn)是鐵塔掛點(diǎn)簡單明確、由上而下受力傳遞清晰，導(dǎo)、地線的垂直荷載、水平荷載經(jīng)塔頭橫擔(dān)上相應(yīng)掛點(diǎn)傳遞到鐵塔的身部，同時走廊較窄。缺點(diǎn)為導(dǎo)線采用垂直排列，上下相之間的電氣距離要求使得塔頭較高，塔重較重，約34800.0kg。雙層橫擔(dān)塔：優(yōu)點(diǎn)為導(dǎo)線布置采用三角排列，比常規(guī)塔頭布置減少了一層橫擔(dān)從而有效降低了塔高，導(dǎo)地線風(fēng)荷載和塔身風(fēng)荷載降低明顯，塔重較輕，約29700.0kg，而且其基礎(chǔ)作用力較小。缺點(diǎn)是下導(dǎo)線橫擔(dān)較長，構(gòu)造復(fù)雜，且走廊較寬。通過以上兩種形式的分析，同時參考已投運(yùn)的工程中的成熟的設(shè)計成果，上述兩種形式都有各自的優(yōu)點(diǎn)及缺點(diǎn)。鼓塔型塔頭布置較為簡潔，傳力清晰且走廊較窄；V串雙層橫擔(dān)塔，導(dǎo)線采取三角排列方式，能有效降低塔高近10m，塔材較鼓形塔降低約10%，同時其基礎(chǔ)作用力也減少12%以上，綜合經(jīng)濟(jì)效益明顯。500kV線路一般對走廊的要求不高且有高跨要求，采用兩層橫擔(dān)的V串塔型對降低工程造價顯得更有意義。二、節(jié)間計算長度的設(shè)計當(dāng)外荷載一定時，構(gòu)件計算長度確定合適與否會嚴(yán)重影響其截面的選擇，直接影響塔重。塔身主材節(jié)間布置的合理化，可充分發(fā)揮構(gòu)件的承載潛能。結(jié)合斜材對水平面的夾角，并考慮到主材計算長度的因素，采取不等長節(jié)間，使主、斜材受力合理，各段主材受力程度均勻。最佳的構(gòu)件計算長度就是構(gòu)件的強(qiáng)度與穩(wěn)定相當(dāng)時的計算長度，相應(yīng)長細(xì)比為主材最佳長細(xì)比。軸心受壓的主材，其計算長度容易達(dá)到這個要求；但偏心受力的斜材在鐵塔身部尺寸較大時，其距離也大，要斜材的強(qiáng)度與其穩(wěn)定相當(dāng)，則需增加較多的輔助材，且因構(gòu)件增多，導(dǎo)致鐵塔布置密集，增加了擋風(fēng)面積，引起外荷載增加，導(dǎo)致鐵塔重量反而加大，因此，偏心受力的斜材較難達(dá)到要求，須經(jīng)過多次計算比對。根據(jù)對J30102B2塔詳細(xì)計算比較，一般角鋼主材的長細(xì)比最佳值為40?50。三、塔身斜材布置優(yōu)化500kV雙回路直線塔塔身較長，主要受力斜材布材形式的合理與否，不但影響鐵塔本身的受力安全可靠，對鐵塔本身的重量和對應(yīng)工程本體的造價，也是至關(guān)重要的。因此在設(shè)計計算中，也需考慮對斜材布材樣式的優(yōu)化。塔身斜材常用的布置型式有"正K型”、“倒K型”、交叉式等布置，以往單一的交叉布置型式容易使斜材產(chǎn)生同時受壓，幾種方式組合布置可以避免同時受壓情況的發(fā)生，使斜材受力成為拉壓系統(tǒng)，充分利用拉壓系統(tǒng)的受力特性（拉桿對壓桿的穩(wěn)定計算起支撐作用），可減小斜材規(guī)格，降低塔重。斜材布置形式和塔身主材分段長度及輔助材布置型式是密切相關(guān)的，確定受力斜材與主材的夾角可使斜材布置合理，外觀顯得協(xié)調(diào)。夾角大，斜材較平，布置過密，易形成由長細(xì)比控制選材，不能充分發(fā)揮材料性能。而角度過小，內(nèi)力加大，會加大選材規(guī)格，增加材料長度。結(jié)合以往鐵塔設(shè)計經(jīng)驗可知，當(dāng)斜材與水平面的夾角控制在35°?45°之間時，塔重較輕。當(dāng)然，在初步確定布材以后，需要不斷對斜材的布置進(jìn)行調(diào)整以使設(shè)計趨于最合理化。四、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計是鐵塔設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其直接影響到鐵塔各連接構(gòu)件承載力設(shè)計值與實際承載力是否相符，只有把握和解決好這一環(huán)節(jié)，才能使鐵塔更為經(jīng)濟(jì)、合理以及安全可靠，對整個線路長期穩(wěn)定地運(yùn)行有著重要意義。因此設(shè)計人員不光要加強(qiáng)總體的把握，還要著重于細(xì)節(jié)的處理。在鐵塔設(shè)計中過程中，對節(jié)點(diǎn)連接遵循以下幾點(diǎn)原則：（1）相互連接的構(gòu)件夾角不宜太小，構(gòu)件的負(fù)端距不宜過大；（2）塔身斜材與主材的連接，可采用多準(zhǔn)線法，最大可能使斜材與主材直接連接，取消節(jié)點(diǎn)板；（3）盡量減少桿件偏心連接，降低偏心彎矩對桿件承載力的不利影響；（4）通過不同的主斜材連接形式，來改變斜材的端部約束條件，減小長細(xì)比修正系數(shù)；（5）雙面連接的構(gòu)件件避免螺栓對釘布置，以減少構(gòu)件的斷面損失；（6）根據(jù)節(jié)間長度需求，合理調(diào)整構(gòu)件長度，減少構(gòu)件接頭的包鐵使用量，進(jìn)一步降低塔材耗量。五、塔身橫隔面的布置一般，對于在變坡處，集中荷載受力處等必須設(shè)置受力橫隔面。橫隔面的形式通過以往工程的經(jīng)驗積累和不斷優(yōu)化，許多已經(jīng)成為了典型隔面形式。選用合適的形式，優(yōu)化布置鐵塔身部的橫隔面，對于向下傳遞由結(jié)構(gòu)上部外荷產(chǎn)生的扭力、減小塔重、均勻塔身構(gòu)件內(nèi)力、減小塔身扭轉(zhuǎn)效應(yīng)具有一定的作用。在實際設(shè)計的過程中，需要處理好的關(guān)鍵所在是橫隔面的上、下間距的優(yōu)化布置。六、鐵塔塔身橫斷面樣式分析一般來說，高壓輸電線路所用的直線型鐵塔的塔身橫斷面樣式，有長方形（即矩形）和正方形。直線型鐵塔的水平荷載（即垂直于線路方向，平行于橫擔(dān)方向）大于其順線路方向的縱向荷載，故此情況下的鐵塔塔身橫斷面為長方形的樣式是正確的。但其抗縱向荷載能力較差，而方塔抗縱向荷載能力強(qiáng)。因一般500kV電壓等級的線路為主網(wǎng)電源點(diǎn)輸出線路，其安全性、穩(wěn)定性、重要性要求較高，故一般采用正方形橫斷面的鐵塔塔身。七、塔身斜材布置塔身斜材常用的布置型式有：倒“K〃型、交叉式、正“K〃型布置，目前鐵塔設(shè)計均采用幾種型式組合布置，有效避免了采用單一型式時斜材同時受壓的情況發(fā)生，同時可以使斜材拉壓受力，充分利用拉壓系統(tǒng)的受力特性（拉桿對壓桿的穩(wěn)定計算起支撐作用），減小斜材規(guī)格，降低鐵塔耗材。根據(jù)第2點(diǎn)論述，交叉斜材通常須增加輔助材，以加強(qiáng)其剛度和穩(wěn)定性，為充分利用主材的計算長度，最大程度提高塔身斜材承載力，同時滿足鐵塔剛度和穩(wěn)定性要求，避免出現(xiàn)過大的長細(xì)比和支撐角度，按鐵塔不同高度的口寬，推薦采用以如下圖五種型式。因塔身斜材與水平面的夾角a的大小直接決定了斜材的受力大小，a越大，所需的斜材數(shù)量越少，單個斜材受力就越大，斜材規(guī)格也越大；a越小，所需斜材數(shù)量就越多，單個斜材受力就越小，但斜材規(guī)格也越小。根據(jù)對J30102B2塔詳細(xì)計算比較，參照以往的工程經(jīng)驗，斜材與水平面的夾角a在35?45。范圍時，設(shè)計的鐵塔耗材最為經(jīng)濟(jì)合理。結(jié)束語近年來，隨著經(jīng)濟(jì)科技的迅速發(fā)展，我國的電力行業(yè)不斷發(fā)展，送電線路的電壓等級不斷地提高，從110~220kV、500kV、750kV、±800kV直流及1000kV交流線路，鐵塔作為架空送電線路主要構(gòu)成，其設(shè)計質(zhì)量的優(yōu)劣將直接影響送電線路的經(jīng)濟(jì)性和安全性。參考文獻(xiàn)：孫宇爽.高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計要點(diǎn)分析[J].電子世界，2014，(18)：68.魏元芹，肖磊，魏彬，王樹朋.基于三維非線性有限元方法的高