孫宇爽

【摘要】隨著我國實(shí)施進(jìn)行的“十二五”規(guī)劃，社會經(jīng)濟(jì)勢必將會取得一個全面快速的發(fā)展時期。作為國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展人人皆知支柱產(chǎn)業(yè)的電力行業(yè)，如何建設(shè)好輸電線路是電力建設(shè)事業(yè)的頭等大事。本著為了節(jié)省建設(shè)材料，使建設(shè)成本得到有效降低，針對高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，許多相關(guān)科研單位及學(xué)者們對其十分的關(guān)注。本文筆者深入分析研究了我國目前高壓輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中遇到的具體問題，然后對鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選型提出了個人的幾點(diǎn)建議與見解，希望提供給同行們的一些參考與借鑒價值。

【關(guān)鍵詞】輸電線路;鐵塔結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì);選型

一、引言

隨著國內(nèi)電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模的逐步擴(kuò)大，在電力系統(tǒng)發(fā)展中推動高壓輸電線路的建設(shè)已經(jīng)成為必然的趨勢。高壓輸電線路在整個供配電系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，它能夠把電能從遙遠(yuǎn)的山區(qū)地方輸送給城市電力負(fù)荷區(qū)域，為城市提供了平衡的供電，其在整個農(nóng)業(yè)與工業(yè)的發(fā)展作用不言而喻。因在高壓輸電線路工程當(dāng)中，其施工環(huán)境具有一定的特殊性，怎樣按照設(shè)計(jì)單位提供的圖紙使工程的施工質(zhì)量與進(jìn)度得到有效保證，這也是工程施工中值得重點(diǎn)關(guān)注的問題。本文提出分析及探討了輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，并列舉一些具有代表性的設(shè)計(jì)理念與思路。

二、鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的詳細(xì)事項(xiàng)

在鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中，要求在外力的效用下其結(jié)構(gòu)不但要具有充足的剛度與強(qiáng)度，而且盡量能夠減少投資成本，這就是鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的所在，同時還需保證預(yù)定結(jié)構(gòu)的安全性與節(jié)約能源，如此必然存在著矛盾性，若想對該些矛盾加以處理好絕非易事，因此應(yīng)當(dāng)通過對鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)來達(dá)成，優(yōu)化設(shè)計(jì)在工程技術(shù)中將會得到越來越多的應(yīng)用。

1.塔身坡度的優(yōu)化設(shè)計(jì)

使鐵塔重量直接受到重大影響的就是塔身的坡度，其對主材的規(guī)格與斜材的長度也有所影響，為了獲得科學(xué)合理的塔身坡度，可選取試算法或者動態(tài)規(guī)劃法，這樣有助于主材的受力充分且相對均勻，確保鐵塔的剛度有所充足，也即是目前滿應(yīng)力的主旨所在。

2.塔身布材格局的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在滿足斜材和水平面夾角準(zhǔn)則的情況下，使斜材的受力特性得到充分的發(fā)揮，也即是優(yōu)化塔身節(jié)間，使得節(jié)間內(nèi)的主材長度全部為最優(yōu)的長度，這樣能夠讓節(jié)間內(nèi)的填充材得以減少，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)的效果，以至使鐵塔的單重有所降低，指標(biāo)相應(yīng)得以減小。

3.塔身隔面的設(shè)置

在塔身的變坡端布置好隔面，能夠使塔身主材傳遞的扭矩得到有效平衡，結(jié)構(gòu)的剛度也得到相應(yīng)的保證，在塔身的坡段不變情況下，隔面布置的間距應(yīng)當(dāng)小于寬度的五倍，也應(yīng)小于四個主材分段，隔面一定要是一個幾何不變的架構(gòu)。

4.塔頭尺寸的優(yōu)化設(shè)計(jì)

按照間隙圓能夠規(guī)劃出許多塔頭尺寸，經(jīng)由相關(guān)的優(yōu)化計(jì)算與相互比較，主要以塔重最輕作為實(shí)際出發(fā)點(diǎn)，這樣才能夠獲得最佳的塔頭尺寸。

5.局部結(jié)構(gòu)中細(xì)部的優(yōu)化設(shè)計(jì)

主材和斜材的連接點(diǎn)可以使連接板的大小得以減小，對塔重的優(yōu)化起著難以磨滅的效用。在橫擔(dān)根部的連接方式中，采用倒K材進(jìn)行布置，這樣不但能夠降低桿件的長度，而且可有效避免橫擔(dān)主材連接板產(chǎn)生的彎曲所發(fā)生的事故。

三、鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型的有效途徑分析

在國內(nèi)高壓輸電線路的建設(shè)前期階段，通常不太在乎對地高度的要求，鐵塔的高一般在同類塔型中都不是最高的，因此在設(shè)計(jì)過程中能直截了當(dāng)?shù)剡x擇塔型的高度。但對于高壓輸電線路鐵塔的設(shè)計(jì)方面而言，若果結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在欠缺合理性，勢必會造成塔腳的根開有所增大，如此會影響到鐵塔的穩(wěn)定性與安全性。除此之外，若高壓輸電線路鐵塔處于長時間停電的作業(yè)狀態(tài)，自然電網(wǎng)的安全可靠與穩(wěn)定性就不高，所以問題的核心就是怎樣優(yōu)化鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型。

1.傳力路徑的相關(guān)優(yōu)化

傳力路徑的清晰度高，能夠讓設(shè)計(jì)人員充分地對結(jié)構(gòu)的受力分析加以掌握，為了能防止塔身底部斜材同時受壓出現(xiàn)的欠佳情況，在直線塔與承力塔瓶口的首節(jié)間當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)都選取K型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行布置。為了可以預(yù)防橫擔(dān)的剪力經(jīng)橫擔(dān)上下向塔材進(jìn)行傳遞，致使塔頭位置與橫擔(dān)材的主材的連接有所增大，所以橫擔(dān)下面靠于塔身旁邊的一檔斜材設(shè)置改為K型材，如此能夠使得導(dǎo)線的縱向荷載經(jīng)由塔身隔面?zhèn)鬟f至塔身上，使其大偏心的問題得到了解決，同時使橫擔(dān)根部連接板彎曲造成的失穩(wěn)得到有效的避免，且桿件長度也相應(yīng)得到了減少，規(guī)格也有所變小，以致減輕了塔重。

2.桿件連接應(yīng)當(dāng)緊湊，有效減少節(jié)點(diǎn)板用量

與國外同種類型塔進(jìn)行相比，我國目前的塔材單基耗量通常相對較重。除了因鋼材的機(jī)械性能差異性與壓應(yīng)力穩(wěn)定的公式計(jì)算等條件之外，較高的節(jié)點(diǎn)板用量總是存在著。當(dāng)前許多設(shè)計(jì)院都十分重視節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)的革新，在杯塔上與下曲臂內(nèi)側(cè)當(dāng)中主材的負(fù)端距相對較大，連接板上面仍然應(yīng)當(dāng)布設(shè)加勁角鋼與加勁板，使其節(jié)點(diǎn)剛度有所增加;本塔上與下曲臂的外側(cè)主材可以改成短角鋼外包連接，讓各主材連接螺栓過于集中得以避免，可使上與下曲臂內(nèi)側(cè)端主材的負(fù)端距大大得到減小，從而能夠?qū)崿F(xiàn)連接節(jié)點(diǎn)更為緊湊，剛度得到一定的加強(qiáng)，使節(jié)點(diǎn)連板得到有效減小的效果。

此外，還對直線塔地線支架與橫擔(dān)的連接有所改進(jìn)，同時使節(jié)點(diǎn)板面積減少了許多。若要減少螺栓的個數(shù)，可使螺栓強(qiáng)度等級得以提高，但是效果往往并不理想，通過有效驗(yàn)證表明，受孔壁擠 ?壓控制者相對占據(jù)多數(shù)。參考一些國際上的鐵塔桿件，在多螺栓連接方式中，其斜材桿件通常和主材有直接的相連，既可使連接板的用量得到減少，又讓主材和板的連接螺栓有所減少，且螺栓的抗剪強(qiáng)度與孔壁擠壓強(qiáng)度的取值都高于國內(nèi)，在該方面的探究我們還需有待加強(qiáng)。

3.加長桿件構(gòu)造的長度，有效減少包鐵連接的數(shù)量

鐵塔桿件長度在以往會受到塔廠鍍鋅設(shè)備方面的制約，塔材需要多段進(jìn)行連接，桿件長度通常不宜大于八米。但現(xiàn)在許多塔廠已更新?lián)Q代，不斷在改進(jìn)，采取相對較大的鍍鋅鍋，鍍鋅桿件能夠達(dá)到十二米之長，為設(shè)計(jì)選取更加長的桿件提供了有利條件，這樣有利于減少桿件包鐵數(shù)量，能進(jìn)一步使塔材耗量得到有效降低，從而節(jié)省一定的加工成本。

四、結(jié)束語

電力事業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，它的穩(wěn)定健康發(fā)展造福著人類，而高壓輸電線路鐵塔是電力系統(tǒng)傳輸?shù)闹饕ぞ?，隨著國內(nèi)電力行業(yè)的迅速發(fā)展，鐵塔的需求量也與日俱增中。因此電力行業(yè)的如何優(yōu)化鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在電力系統(tǒng)建設(shè)中顯得尤其的重要，這無疑給施工企業(yè)提供了廣闊的市場空間與全新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

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