输电线路杆塔结构优化设计的探讨

输电线路杆塔结构优化设计的探讨

丁康 包涛

四川电力设计咨询有限责任公司 610000

[摘 要]本文总结了我国高压输电线路杆塔结构设计中的经验、观点和常被忽视的问题。介绍了我国输电线路杆塔结构在荷载选择、结构优化和新材料应用等方面的研究进展，并根据研究现状和社会发展的需要，提出了今后需要进一步加强的内容。

[关键词]杆塔；设计；结构优化

近年来，随着中国电网建设的不断加强，输电线路杆塔得到了前所未有的发展。在电网建设中，架空输电线路杆塔结构是高压输电线路的重要组成部分，其设计质量直接影响到线路的经济性和可靠性，其造价约占整个工程的30%-40%，合理选择塔型是关键，塔型设计中存在诸多问题：特高压电网的建设和持续扩散应用中国新输电技术的发展对输电塔的研究提出了许多新的挑战。经济性和合理性是输电塔结构的主要目标和方向，下面讨论我国输电塔结构设计和工程应用中遇到的一些实际问题。

1 杆塔设计原则

塔架结构设计是荷载计算、结构体系选择、结构内力和变形分析、强度、稳定性和刚度校核的全过程。最后，绘制了满足线路电气性能要求的既定类型塔的加工详图和装配图。结构设计既要满足塔架强度和稳定性的要求，又要使结构经济合理。

2 杆塔结构优化

2.1 塔头坡度的优化

对于首部塔身，为保证上下主材的匹配和刚度要求，规划时应采用适当的坡度。但首部塔身规划除考虑上述因素外，还需考虑首部塔身主体材料与横担、首部连接的协调。直塔身模态和梯形塔身模态是目前常用的两种模态。直塔方式下，横担与塔身连接的角钢垂直，加工方便，电气间隙布置良好；梯形塔身模式变坡时塔身上下段主材规格相近，协调性较好，变坡时塔身宽度较直塔身模式宽，因此塔的抗扭能力较强。

2.2 塔身坡度的优化

当建筑物塔身上部斜料檐口宽度一定时，塔身斜料上坡度越小，塔身上部斜料越短。同时，斜料的上部承载力越低，斜料的上部承载力将尽可能逐渐减小。然而，随着现代塔式建筑塔身上部主体材料的增加，承载内力将逐渐增大，主体材料和结构构件的规格越大。相反，塔身立柱的立柱坡度越大，根部开度越大，塔身主体材料结构中塔身立柱的立柱内力越小，主体材料结构中的立柱规格必须相应降低。但此时塔身斜料结构中塔柱的柱长必然增加，内力必然增加，未来斜料结构中的柱规格必然急剧增加，而倾斜的材料基本上不再受塔架结构稳定性的直接控制。现代铁塔建筑地基基础的征地效果应力与塔基地基的土地利用效应斜率之间的关系直接影响着塔基基础的土地利用效果斜率，直接关系到主体的密切关系和大小。在一定程度上。地基基础征地效果越小，地基基础的征地效果越强；塔基土地征用坡度越大，地基基础征地效果越小，但塔基土地征用的坡度关系范围必然增大。因此，确定塔基土地征用影响边坡关系的范围是完成现代塔楼基础工程结构设计和优化工程系统总体设计的重要技术关键。

对于每个大型双层塔的最大重量，每个特定的大型双层塔必须保持一个最佳的根部开度，并且在该根部的最佳偏离下，塔的重量最轻。工程师和设计人员使用经验的统计分析表明，塔架上部开口宽度对塔架重量的纵向移动速度影响不大，坡度对塔架重量的横向移动速度影响较大。因此，对于该地区建设项目中的斜塔和大型线性桥梁斜塔，在充分考虑满足横担桥上部结构变形强度控制要求的实际情况和横担塔上部变形结构强度控制要求的前提下，塔架上部横臂开口的宽开口和窄坡度不宜过大，如果过大，可能会大大增加横臂塔身上部辅材的总应力消耗，不利于有效降低其自身横臂塔荷载，正确选择横臂塔口宽度和坡度，必须适应实际情况，横臂塔的重量基本相同，横臂塔身上部基础上的力也基本相同。并尽可能适当选择小横担塔口宽度和坡度，以有效减少建设项目征地时的使用面积，有利于加强土地利用和环境保护。

2.3直线塔塔身断面型式

直柱塔身是钢铁工程中使用最多的塔。还需要通过直柱和塔身对塔身及其截面结构进行连续优化。

根据方形直腿和塔身荷载的不同特点（主要以塔身横向荷载刚度为基础），在建筑工程设计中，方形塔身的截面结构通常分为方形和矩形塔身截面结构，其中，方形塔身截面的直腿刚度和荷载刚度较好。在一些山区的大型边坡开挖大型塔楼时，有必要利用支腿的高支腿和小腿，有效地避免塔式基础表面的大规模开挖。方形塔节塔及塔身的直腿、高低腿、腿少，便于安装、制造、加工、安装，但用钢量大得多；矩形塔体截面更适合考虑线脚的特性和塔架的横向荷载，可以节省钢材的使用。但是，在使用高低支腿和支腿时，由于直线塔的前支腿和侧支腿的尺寸不同，支腿组件支腿的长度不同，高、低支腿和侧支腿的组件尺寸不同，加工工作量大，安装和制造规模将大得多，安装和制造工作将更加复杂。此外，矩形直塔在大型等长受力条件下，纵向荷载刚度通常较弱。

根据以往主塔工程设计经验，塔身各节主体采用矩形主体。与之前的矩形主截面主塔相比，所有主塔的总承载重量仅显著减少约3.5%。由于该类工程铁塔采用矩形导线，截面大，纵向移动张力大，如果采用矩形导线截面，铸铁和钢塔沿轨道线运行方向的移动刚度小，容易引起横向变形。同时,考虑到今年以来南方冰雪冰冻天气对我国输电索塔造成的严重破坏,国际经验认为,输电索塔不应直接采用圆形平塔,，输电线路两塔均采用矩形-圆形塔身焊接段。

2.4偏心引出的思考

偏心电缆结构问题是目前我国铁路输电铁塔电缆连接线路以及输电铁塔线路主体内部结构中普遍存在的一个重要问题。只不过是杠杆杆杆的设计者同时也还应认真仔细研究如何处理杆与杆之间、杆杆运动关系之间、各杆杆之间结合部的运动机械性和构造偏心等这些复杂问题。

3在设计工程实践中，为有效解决主塔身各层主材之间的偏心搭接问题，采用上下层主材搭接接头的接头组合形式。虽然近二三十年来很少得到广泛应用，但它能有效地解决塔头K多节点分块、节点板过大、浪费大量钢材的偏心问题，充分利用了这种主材节点组合形式的巨大优势，巧妙地改进了塔身设计。对于整座塔，从上到下，标志性塔身的主要材料有规律地逐层上升，根据梯队的高度逐层增减规格。塔身主体材料截面间的偏心距一般仅为10mm左右，由此引起的塔身附加弯矩忽略不计。若塔身上部整体主材为单层三角钢板，下部整体主材为双层三角钢板，则该段和该段整体主材结构的重心和轴线结构应紧密相连。

设计管理实践和建筑工程技术应用经验证明，角钢塔位于塔身拉杆主材与塔身斜材基准线反交点的相对位置。在上述两种斜料处理设计方法中，无疑不会阻碍杆料系统的反力传递、塔体力学分析模型的正确建立和塔体的力学分析。

结论

可见，我国高压输电线路结构设计有许多值得总结的经验。安全可靠、经济适用的塔型不仅要从技术细节上进行优化，还要结合工程实际情况和电气条件的需要进行优化。这些技术细节处理得当，思路清晰，才能使结构布置合理，保证结构的安全可靠。

参考文献

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[2] 傅春蘅.高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J].电力建设，2003（1）.

[3] 陈勇、万启发等.关于我国特高压导线和塔架结构的探讨[J].高压技术，2004（30）.