任坤

（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司廣東佛山528253）

架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

任坤

（佛山電力設(shè)計(jì)院有限公司廣東佛山528253）

本文主要分析了架空輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，并針對(duì)輸電線路鐵塔在結(jié)構(gòu)式存在的問題做了詳細(xì)的說明，同時(shí)也對(duì)這些問題做出了相應(yīng)的解決措施，希望通過本文可以給以后的架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供幫助，幫助在規(guī)定的各種荷載組合作用的條件下，滿足線路安全運(yùn)行的要求。

架空；輸電線路；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1　引言

目前，國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展，并且發(fā)展的速度在越來越快，不僅是城市在發(fā)展，鄉(xiāng)鎮(zhèn)也逐漸在向城市轉(zhuǎn)化，國內(nèi)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)的變化飛速，也就對(duì)電力部門提出了更高的要求，也就意味著電力部門需要對(duì)現(xiàn)狀加以重視，及時(shí)的做好應(yīng)對(duì)措施，普及好鄉(xiāng)鎮(zhèn)的電路運(yùn)輸，同時(shí)意味著需要增加架空輸電線路鐵塔的建設(shè)。不過，隨著電網(wǎng)建設(shè)力度越來越大，城鎮(zhèn)化中原本存在問題的線路也在逐漸整改，架空線路的鐵塔作為輸電線路線的重要組成部分，在設(shè)計(jì)、施工等方面也都有了新的方式，鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在安全、可靠的前提下，應(yīng)盡量做到經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，對(duì)防止環(huán)境被破壞也存在著重要的意義。

2　輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原理

架空輸電線路在設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)該從實(shí)際應(yīng)用的角度出發(fā)，并且和當(dāng)?shù)氐妮旊姉l件結(jié)合，多采用新工藝、新型材料完成鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，此外，最好是多采用一些節(jié)能的、環(huán)保的新產(chǎn)品，目的也是為了減少損耗、達(dá)到環(huán)保的目的。而對(duì)于城鎮(zhèn)中比較重要的輸電線路和一些比較特殊的地區(qū)的輸電線路最好還是采取合適的措施加強(qiáng)輸電線路鐵塔的安全，提高整體輸電線路的安全水平。

國家電網(wǎng)輸電線路建設(shè)的一般規(guī)定中也規(guī)定過了110～ 750kV的架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)需要滿足架空輸電線路設(shè)計(jì)的基本規(guī)范，也需要按照國家法律、行政法規(guī)的規(guī)定執(zhí)行施工建設(shè)，同時(shí)還需要符合當(dāng)前國內(nèi)現(xiàn)有的有關(guān)架空輸電線路架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。一般規(guī)定有影響輸電線路鐵塔的桿件在內(nèi)力的設(shè)計(jì)和桿件的選材需要考慮如何優(yōu)化鐵塔各部件的合理搭配尺寸和桿件結(jié)構(gòu)布置形式，需要達(dá)到結(jié)構(gòu)桿件長度的極限設(shè)計(jì)數(shù)值，但是同時(shí)也要滿足鐵塔結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度要求和穩(wěn)定性要求。

3　架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

架空輸電線路鐵塔是輸電線路工程建設(shè)的很重要的存在，架空輸電線路鐵塔的設(shè)計(jì)最好在規(guī)定的設(shè)計(jì)原理和方式下進(jìn)行，可以靈活嘗試各種不同的設(shè)計(jì)理念并將它運(yùn)用到整個(gè)的鐵塔設(shè)計(jì)中，此外，還需要對(duì)鐵塔設(shè)計(jì)的整個(gè)過程采取有效的控制，保障架空的輸電線路的鐵塔設(shè)計(jì)價(jià)值，才能對(duì)整體的電力系統(tǒng)的起到最佳的推動(dòng)作用。同時(shí)，時(shí)時(shí)刻刻在發(fā)展的經(jīng)濟(jì)也對(duì)鐵塔的設(shè)計(jì)提出了更高的要求，所以，我們?cè)趯?duì)鐵塔做設(shè)計(jì)時(shí)要盡可能的滿足當(dāng)?shù)噩F(xiàn)狀的需求，慢慢提高架空輸電線路設(shè)計(jì)的整體水平，幫助電力系統(tǒng)的發(fā)展得到不斷完善。

3.1塔頭鉸結(jié)點(diǎn)的設(shè)置

我們?cè)趯?duì)輸電線路的鐵塔做部分的內(nèi)力分析的時(shí)候發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)需要將桿系的結(jié)點(diǎn)當(dāng)作是鉸接點(diǎn)來設(shè)計(jì)。要注意的是，這里原本的塔頭鉸結(jié)點(diǎn)的設(shè)置是說的兩鉸拱或者是三鉸拱力學(xué)模型結(jié)構(gòu)模式。其實(shí)，到20世紀(jì)80年代的中后期開始，架空輸電線路的設(shè)計(jì)師已經(jīng)開始普遍采取過渡鉸鋼式的構(gòu)造結(jié)構(gòu)，到不僅僅因?yàn)檫@種設(shè)計(jì)接近了原力學(xué)的結(jié)果模式，主要還是采用這種結(jié)構(gòu)可以節(jié)省很多鋼材，說到底，還是從節(jié)能的角度改變了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，所以到了這幾年，我國的很多的輸電線路的工程中直線塔則開始采取三鉸拱塔頭的設(shè)計(jì)。當(dāng)然也有些是不一樣的，而是在塔在中間鉸的部位的下方的位置設(shè)計(jì)了平連桿。至于三角拱在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也不是從中國開始的，而在國外，也早有很多國家相繼應(yīng)用了，比如美國的500kV輸電線路直線塔就大范圍的采取了三鉸拱塔頭的設(shè)計(jì)并且也沒有在中間鉸部位的下方加設(shè)平連桿。

3.2對(duì)承托系統(tǒng)進(jìn)行的布置

計(jì)算承托繩長度的方法見式（1）：

在對(duì)承托繩長度計(jì)算式中，L是抱桿底部到承托繩綁扎點(diǎn)的長度，E是承托繩綁扎位置塔身斷面處的對(duì)角線的長度。為了確保抱桿根部正好是鐵塔的中心位置，需要讓承托系統(tǒng)的拉線和手板葫蘆的長度相等。

3.3對(duì)抱桿上的拉線進(jìn)行的布置

計(jì)算抱桿拉線長度的方法見式（2）：

在抱桿拉線長度計(jì)算式中，L是抱桿拉線高出拉線綁扎位置的長度，E為拉線綁扎位置塔身斷面處的對(duì)角線的長度。需要注意的是，抱桿上拉線一般是由4根鋼絲繩和有關(guān)的卡具組成，要利用卡具使得鋼絲繩一側(cè)正好可以固定在已經(jīng)搭建而成的4根主材的最高處。抱桿布置需要遵循的結(jié)構(gòu)原理：為了讓抱桿根部恰好處于鐵塔的中間位置，應(yīng)盡量使承托系統(tǒng)的拉線和底盤的固支點(diǎn)離中間位置的長度相同。

3.4設(shè)計(jì)鐵塔塔身坡度變更處的斷面

我們都知道，鐵塔塔身坡度變更處的斷面的位置和直接接受扭力的斷面出應(yīng)該設(shè)置橫隔面，但是由于整個(gè)結(jié)構(gòu)都是由不規(guī)則的斷面組成，因此在設(shè)計(jì)時(shí)候不那么容易達(dá)到設(shè)計(jì)要求，因此，當(dāng)橫斷面太大的時(shí)候，斜材與主材的夾角不能小于15°，我們就可以采取這種方式來防止隔斷面因?yàn)樽灾囟麓梗妶D1。

圖1　某工程中22OSJ2鐵塔變坡處節(jié)點(diǎn)連接構(gòu)造

4　架空輸電線路鐵塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的技術(shù)優(yōu)化措施

4.1加強(qiáng)鐵塔的基礎(chǔ)

對(duì)于架空輸電線路鐵塔的建設(shè)需要根據(jù)不同的地區(qū)采取不同的設(shè)計(jì)，比如對(duì)于運(yùn)輸混凝土或者是澆制混凝土存在困難的少數(shù)地區(qū)，我們可以使用預(yù)制的裝配式是基礎(chǔ)，而對(duì)于電桿及拉線最好還是采取預(yù)制裝配式基礎(chǔ)。鐵塔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案中需要明確的分析好實(shí)際使用時(shí)候的鐵塔的基礎(chǔ)受力情況，設(shè)計(jì)的首先要求是保證鐵塔使用的安全，并且設(shè)計(jì)師需要針對(duì)鐵塔主要的軸心受壓基礎(chǔ)和軸心受拉基礎(chǔ)選擇使用不同的K值。而且對(duì)于新基礎(chǔ)在計(jì)算的時(shí)候必須滿足地基承載力的設(shè)計(jì)要求，如果鐵塔施工地區(qū)的地質(zhì)是淤泥或淤泥質(zhì)土，一定要對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。

4.2降低桿塔的接地電阻

架空輸電線路的鐵塔在設(shè)計(jì)時(shí)可以通過降低桿塔的接地電阻來提高它的耐雷水平，這也是最常被使用的防雷措施，同時(shí)也是最經(jīng)濟(jì)且有效的方式。①桿塔施工地區(qū)如果有水平放設(shè)的條件，我們最好直接采取水平外延接地，這樣不但可以降低工頻接地電阻，也可以有效地降低沖擊接地電阻。②增加埋設(shè)深度接地極，就近增加垂直接地極的運(yùn)用。③合理敷設(shè)降阻劑。

4.3優(yōu)選路徑和塔型的最佳搭配

城市設(shè)計(jì)鐵塔時(shí)可以采用緊湊型的多回路鋼管桿走廊或者是鋼管塔走廊，從技術(shù)上來說，目前是可以滿足架空輸電線路的整體要求的，并且鋼管桿造型美觀，安裝快捷，占地面積省，此外，也可以跟上城市發(fā)展的速度，所以這種方式被使用的也很多。輸電線路的走廊寬度由塔頭尺寸、風(fēng)偏、安全距離三部分組成。減少線路走廊寬度的關(guān)鍵在于控制塔頭尺寸和風(fēng)偏。采用固定掛點(diǎn)的直線桿塔以及固定跳線的耐桿塔，是減少塔頭尺寸和限制導(dǎo)線風(fēng)偏的有效措施。

5　結(jié)束語

鐵塔的設(shè)計(jì)施工也是架空輸電線路的主要施工組成，所以，鐵塔結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要考慮到需要的因素，必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況設(shè)計(jì)并施工。并且因?yàn)榧芫€的路段在環(huán)境因素上的不同，所以鐵塔施工也要根據(jù)客觀的地理來調(diào)整施工。并且在整個(gè)的施工過程中，需要一直堅(jiān)持保證安全的原則，既要做到快速地完成鐵塔的組立和施工完成，也要保證鐵塔施工的質(zhì)量。總之，架空輸電線路在設(shè)計(jì)的時(shí)候需要按照科學(xué)原理進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證能夠在電力行業(yè)中發(fā)揮重要的作用和價(jià)值，能帶動(dòng)電業(yè)進(jìn)步，同時(shí)保證設(shè)計(jì)完成的鐵塔安全、實(shí)用、簡單、優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

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1673-0038（2015）16-0177-02

2015-3-21

任坤（1981-），男，工程師，碩士生，主要從事輸電塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。