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浅议高压输电线路铁塔结构设计特点

浅议高压输电线路铁塔结构设计特点 摘要:在电力行业中,铁塔是高压输电线路中最常用的输电设施,能架空高 压输电线并起保护和支撑作用。本文主要对高压输电线路铁塔结构设计进行分 析,简单的综述了我国高压输电线路的铁塔结构设计。 关键词:高压输电线路;铁塔结构设计 前言 高压输电线路铁塔作为架空高压输电线路的重要组成部分, 其结构的合理设 计是现代电力系统运行与发展的重要保障。随着我国电力事业的快速发展,对铁 塔的结构提出了更高的要求。 一、高压输电线路铁塔设计 1 塔头铰结点的设置 在输电线路铁塔内力分析时,均将杆系结点作为铰结点。本节所述塔头铰结 点的设置,是指两铰拱或三铰拱力学模型的选择及构造模式。如:酒杯型塔头 K 节 点,从力学模型看是纯铰 ,将其处理成结实的刚性节点 ,虽不会影响结构的正常工 作,但浪费了不少钢材。 2 导线横担下平面斜材布置 导线横担下平面斜材常见的布置形式为交叉斜材(双斜材)式, 且交叉斜材布 置到导线横担根部时,大多连接到导线横担的主材上。在纵向荷载作用下,其连接 部位的主材或节点板极易变形。为此,常见设计者在这一部位节点上,增设了 1 根 短角钢,以增强这一部位抵抗纵向荷载的能力。虽然这一办法能解决问题,也没有 因此引发事故。为使设计尽可能合理,满足杆系传力的要求,只需设计者将横担下 平面交叉斜材杆系布置到导线横担根部时,与塔身横隔面侧面横材的中点相连接, 使导线纵向荷载通过塔身横隔材直接传递到塔身上去,就可解决主材和节点板弯 曲变形问题。 3 塔腿平连杆的使用 80 年代中期,我国对塔腿结构加设平连杆问题进行了专题研究和试验分析 , 推求出近似的实用公式,并写入 SDGJ94—90 《架空送电线路杆塔结构设计技术规 定》 。 此后,作为 1 个增强塔腿结构承载能力的措施被推广应用。近年来,在设计和 真型塔试验中发现,塔腿结构加设平连杆后,力学模型发生了从静定到超静定的变 化和仅靠 80 年代中期推求出的近似实用公式,已不能满足内力分析的需要。并考 虑 1997 年 4 月在真型塔试验中,曾因平连杆加工负误差偏大,出现将塔腿主材拉弯, 不能满足试验荷载要求的情况。故平连杆的使用直接影响到杆系的布置,甚至影 响到相邻杆的工作状态。建议在新版《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中 指出:当塔腿采用平连杆时,应作为杆件与塔体同时计算。 4 派生结构的杆系布置 近年来,由于城网建设的需要,同塔多回路并架已广泛使用。如某工程真型塔 试验时,曾因 110kV 横担受力后引起试验塔倒塔。经专家分析,一致认为与 110kV 横担连接的塔身节间是 K 形三分段杆系,110kV 横担吊杆直接拉在 K 形三分段辅 助材支撑的主材小节间点上,塔身主材在 110kV 横担的拉拽下,位移过大,塔身主 材不能在原设计条件下正常工作,而导致试验失败。只要将原 K 形斜材杆系中的 塔身主材三分段下端的小节间与 110kV 横担连接方式,改为塔身节间与 110kV 横 担连接的小节间,脱离原 K 形斜材杆系,独立自成一个节间,使杆系传力均由受力 材传递,节与节之间互不干扰,就可以使结构正常工作。该设计按专家意见修改后, 顺利通过了试验。这个实例证明,派生结构应认真注意杆系布置的合理性,才能保 证铁塔的正常工作。 5 曲臂传递纵向荷载的问题 自 80 年代中期以来,国内设计的 500kV 酒杯型直线塔,大都对塔头部位的上 下曲臂采取了外侧面主材取直的作法。这样不仅从外观上看,塔型显得利落、美 观,而且纵向荷载传力路线直捷,自是最佳方案。但此时传递纵向荷载的任务,还是 由曲臂内外侧斜材共同担负。这是由于力学模型是理想的模式,内侧斜材与 K 节 点实际构造没有做到符合力学模型的要求,传递它应担负的纵向荷载的任务。 因此,需要设计者自己设定传力面。通常做法是设定外侧面为 100%传力面, 内侧斜材从杆系布置、节点构造处理,使它不再传递纵向荷载。只是设计者要注 意的是, 自己一定要把传力路线搞清楚 ,且设定的传力面及构造处理要能把力传 走。设计者一定要把传力路线搞清楚,且杆系布置、构造处理则是最基本的要求。 6 塔身斜材的布置 塔身斜材布置形式,一直是设计者关注的课题。笔者认为:制约塔身斜材的基 本条件是斜材对外荷载抵抗力矩和计算长度的选择。其中,斜材对外荷载抵抗力 矩的大小, 即斜材和水平面的夹角大小 ,将直接影响到该节间主材分段及主材选 材。从国内外科研成果以及工程设计实践经验看 , 塔身斜材和水平面的夹角取 40° ~50° 为宜。 当然,塔身斜材的布置形式,还和塔身的宽度有关,近些年笔者看到有 的工程新设计的塔身斜材布置,全是 3.0m1 个节间、6.0m1 个分段,有的塔身斜材 和水平面的夹角只有 30° 左右,杆系布置几成网状。 似是考虑 3.0m1 个梯级接腿的 要求,但未能综合考虑优化杆系布置、充分发挥塔身斜材的承载能力。在塔型选 型时,要分析控制选材的条件,塔身主材节间分段情况、主材计算长度,以及不同的 接腿配置不同的塔身等多因素,进行优化组合。 另外塔身斜材布置的形式 ,外荷载的大小,几何尺寸大小,材料截面的性质,是 选择单斜材,还是双斜材,还是再分式双斜材,是选择交叉式斜材,还是正 K 形布置 斜材,或是倒 K 形布置斜材,以及在什么部位选择什么布置形式等,都要认真比较 选择。 7 大坡度塔身 为减少基础作用力,降低基础材料耗量,500kV 单回、大负荷塔,曾使用过不少 大坡度塔。钢管塔为宽塔身、大坡度塔身展示了一个更加美好的前景,塔身主材、 斜材均用钢管,做成十字拉条的构造模式,不仅力学模式合理、构造形式可行,还有 良好的视觉效果。从近期设计的高压同塔双回钢管塔,通过全部试验工况及超载 试验来看,是值得设计者在大负荷塔型选型中参考的。只不过钢管塔的工程造价 相对要高些,故能用角钢塔解决的问题,还是尽量使用角钢塔。 8 偏心引出的思考 8.1 不同规格主材接头的偏心 40~50 年代,曾为解决塔

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