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高压输电线路铁塔结构设计几点解析 摘要：电力系统在我国的社会经济发展中起着举足轻重的作用，为人们的日常生活和工作提供了充足的能源。作为电力供应的基础保障性设施，架空输电线路在电力供应系统中发挥着十分重要的实际意义。鉴于此，本文对高压输电线路铁塔结构设计进行了分析探讨，仅供参考。 关键词：高压输电线路；铁塔结构设计；分析 一、铁塔塔头优化设计 在以往常规500kV双回路线路中，塔头形式一般布置为鼓形。该塔头布置形式较为简洁，传力清晰，由于导线采取垂直排列方式，塔头较高，当有跨越要求时，为满足电气对地距离要求，全塔高度较高，导致塔身风荷载和上层导地线风荷载较大，塔材耗量和基础作用力均较大。另外一种形式为双层横担的V串塔型，塔头为三角形布置方式。两种塔头形式的比较如下图1所示： 鼓型塔：优点是铁塔挂点简单明确、由上而下受力传递清晰，导、地线的垂直荷载、水平荷载经塔头横担上相应挂点传递到铁塔的身部，同时走廊较窄。缺点为导线采用垂直排列，上下相之间的电气距离要求使得塔头较高，塔重较重，约34800.0kg。 双层横担塔：优点为导线布置采用三角排列，比常规塔头布置减少了一层横担从而有效降低了塔高，导地线风荷载和塔身风荷载降低明显，塔重较轻，约29700.0kg，而且其基础作用力较小。缺点是下导线横担较长，构造复杂，且走廊较宽。 通过以上两种形式的分析，同时参考已投运的工程中的成熟的设计成果，上述两种形式都有各自的优点及缺点。鼓塔型塔头布置较为简洁，传力清晰且走廊较窄；V串双层横担塔，导线采取三角排列方式，能有效降低塔高近10m，塔材较鼓形塔降低约10%，同时其基础作用力也减少12%以上，综合经济效益明显。500kV线路一般对走廊的要求不高且有高跨要求，采用两层横担的V串塔型对降低工程造价显得更有意义。 二、节间计算长度的设计 当外荷载一定时，构件计算长度确定合适与否会严重影响其截面的选择，直接影响塔重。塔身主材节间布置的合理化，可充分发挥构件的承载潜能。结合斜材对水平面的夹角，并考虑到主材计算长度的因素，采取不等长节间，使主、斜材受力合理，各段主材受力程度均匀。 最佳的构件计算长度就是构件的强度与稳定相当时的计算长度，相应长细比为主材最佳长细比。轴心受压的主材，其计算长度容易达到这个要求；但偏心受力的斜材在铁塔身部尺寸较大时，其距离也大，要斜材的强度与其稳定相当，则需增加较多的辅助材，且因构件增多，导致铁塔布置密集，增加了挡风面积，引起外荷载增加，导致铁塔重量反而加大，因此，偏心受力的斜材较难达到要求，须经过多次计算比对。根据对J30102B2 塔详细计算比较，一般角钢主材的长细比最佳值为40～50。 三、塔身斜材布置优化 500kV双回路直线塔塔身较长，主要受力斜材布材形式的合理与否，不但影响铁塔本身的受力安全可靠，对铁塔本身的重量和对应工程本体的造价，也是至关重要的。 因此在设计计算中，也需考虑对斜材布材样式的优化。塔身斜材常用的布置型式有“正K型”、“倒K型”、交叉式等布置，以往单一的交叉布置型式容易使斜材产生同时受压，几种方式组合布置可以避免同时受压情况的发生，使斜材受力成为拉压系统，充分利用拉压系统的受力特性（拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用），可减小斜材规格，降低塔重。 斜材布置形式和塔身主材分段长度及辅助材布置型式是密切相关的，确定受力斜材与主材的夹角可使斜材布置合理，外观显得协调。夹角大，斜材较平，布置过密，易形成由长细比控制选材，不能充分发挥材料性能。而角度过小，内力加大，会加大选材规格，增加材料长度。结合以往铁塔设计经验可知，当斜材与水平面的夹角控制在35°～45°之间时，塔重较轻。当然，在初步确定布材以后，需要不断对斜材的布置进行调整以使设计趋于最合理化。 四、节点构造设计 节点构造设计是铁塔设计的关键环节之一，其直接影响到铁塔各连接构件承载力设计值与实际承载力是否相符，只有把握和解决好这一环节，才能使铁塔更为经济、合理以及安全可靠，对整个线路长期稳定地运行有着重要意义。因此设计人员不光要加强总体的把握，还要着重于细节的处理。在铁塔设计中过程中，对节点连接遵循以下几点原则：（1）相互连接的构件夹角不宜太小，构件的负端距不宜过大；（2）塔身斜材与主材的连接，可采用多准线法，最大可能使斜材与主材直接连接，取消节点板；（3）尽量减少杆件偏心连接，降低偏心弯矩对杆件承载力的不利影响；（4）通过不同的主斜材连接形式，来改变斜材的端部约束条件，减小长细比修正系数；（5）双面连接的构件件避免螺栓对钉布置，以减少构件的断面损失；（6）根据节间长度需求，合理调整构件长度，减少构件接头的包铁使用量，进一步降低塔材耗量。 五、塔身横隔面的布置 一般，对于在变坡处，集中荷载受力处等必须设置受力横隔面。横隔面的形式通过以往工程的经验积累和不断优化，许多已经成为了典型隔面形式。选用合适的形式，优化布置铁塔身部的横隔面，对于向下传递由结构上部外荷产生的扭力、减小塔重、均匀塔身构件内力、减小塔身扭转效应具有一定的作用。在实际设计的过程中，需要处理好的关键所在是横隔面的上、下间距的优化布置。 六、铁塔塔身横断面样式分析 一般来说，高压输电线路所用的直线型铁塔的塔身横断面样式，有长方形（即矩形）和正方形。直线型铁塔的水平荷载（即垂直于线路方向，平行于横担方向）大于其顺线路方向的纵向荷载，故此情况下的铁塔塔身横断面为长方形的样式是正确的。但其抗纵向荷载能力较差，而方塔抗纵向荷载能力强。因一般500kV电压等级的线路为主网电源点输出线路，其安全性、稳定性、重要性要求较高，故一般采用正方形横断面的铁塔塔身。 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，目前铁塔设计均采用几种型式组合布置，有效避免了采用单一型式时斜材同时受压的情况发生，同时可以使斜材拉压受力，充分利用拉压系统的受力特性（拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用），减小斜材规格，降低铁塔耗材。 根据第2点论述，交叉斜材通常须增加辅助材，以加强其刚度和稳定性，为充分利用主材的计算长度，最大程度提高塔身斜材承载力，同时满足铁塔刚度和稳定性要求，避免出现过大的长细比和支撑角度，按铁塔不同高度的口宽，推荐采用以如下图五种型式。 因塔身斜材与水平面的夹角α的大小直接决定了斜材的受力大小，α越大，所需的斜材数量越少，单个斜材受力就越大，斜材规格也越大；α越小，所需斜材数量就越多，单个斜材受力就越小，但斜材规格也越小。根据对J30102B2 塔详细计算比较，参照以往的工程经验，斜材与水平面的夹角α在35～45°范围时，设计的铁塔耗材最为经济合理。 结束语 近年来，随着经济科技的迅速发展，我国的电力行业不断发展，送电线路的电压等级不断地提高，从 110~220kV、500kV、750kV、±800kV直流及1000kV 交流线路，铁塔作为架空送电线路主要构成，其设计质量的优劣将直接影响送电线路的经济性和安全性。 参考文献： [1]孙宇爽.高压输电线路铁塔结构设计要点分析[J].电子世界，2014，（18）：68. [2]魏元芹，肖磊，魏彬，王树朋.基于三维非线性有限元方法的高压输电塔“桩-土-承台”共同作用特性研究[J].陕西电力，2014，42（02）：32-35. [3]郑军兴，丁勇国.高强冷弯型钢在输电线路铁塔中的应用前景[J].铸造技术，2014，35（06）：1160-1162. [4]李万棉.试析高压输电线路设计工作中应注意的要点[J].科技与企业，2014，（15）：209. 本文来源：https://www.dywdw.cn/7eae79abce7931b765ce0508763231126fdb77c0.html
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2024-01-05
