黑文豪

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410007）

電力線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和優(yōu)化措施

黑文豪

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410007）

現(xiàn)如今，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，輸電線路作為電網(wǎng)中十分重要的組成部分，是工農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。輸電線路施工環(huán)境具有一定的特殊性，因此，為了保證工程建設(shè)進(jìn)度和施工質(zhì)量，需要做好相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)此，本文將以輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題以及具體的優(yōu)化對(duì)策進(jìn)行詳細(xì)探究，以保障工程建設(shè)的順利進(jìn)行。

線路；鐵塔結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ陔娔艿男枨罅砍掷m(xù)增加，用電負(fù)荷也在不斷提升。與此同時(shí)，輸電線路假設(shè)線路走廊寬度越來(lái)越小，交叉跨越現(xiàn)象逐漸增加，跨越高度也越來(lái)越大。因此，優(yōu)化輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

2 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

輸電線路鐵塔是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電力供應(yīng)以及電力輸送的關(guān)鍵，鐵塔分布在各個(gè)電力系統(tǒng)的干線以及分支線路中，在電網(wǎng)輸送方面發(fā)揮著十分重要的作用。為了有效提升電網(wǎng)電力輸送系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，必須采取有效措施優(yōu)化輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提升其安全性。由此可見(jiàn)，在電力輸送系統(tǒng)中，電力鐵塔發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，因此，在鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該堅(jiān)持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)高標(biāo)準(zhǔn)，而這也是設(shè)計(jì)人員的工作難點(diǎn)，如何堅(jiān)持因地制宜，對(duì)電力鐵塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員必須堅(jiān)持一定的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，堅(jiān)持有證可循，這樣才能夠確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有較高的說(shuō)服力，提升鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)科學(xué)性和合理性。具體而言，在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該堅(jiān)持以下幾點(diǎn)：

（1）在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要合理設(shè)置絕緣配置，這樣才能夠保證輸電線路運(yùn)行的安全性和可靠性。

（2）在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要綜合考慮當(dāng)?shù)貧庀髼l件，根據(jù)氣象條件采用不同的輸電線路級(jí)別，仔細(xì)衡量氣象條件重現(xiàn)期，然后合理確定氣象條件取值。

（3）在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要考慮鐵塔結(jié)構(gòu)的防雷性。隨著地線平均高度的不斷增加，輸電線路受到雷擊影響的次數(shù)也會(huì)逐漸增多，因此需要結(jié)合實(shí)際情況合理確定鐵塔高度。

（4）地線的安全系數(shù)設(shè)計(jì)也是輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，地線的安全系數(shù)取值會(huì)直接影響導(dǎo)線的實(shí)際運(yùn)行情況，而且還會(huì)關(guān)系到荷載程度。

（5）在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，施工材料、安裝工序以及施工方法也會(huì)在很大程度上影響輸電線路鐵塔的安全狀況，因此，必須在確保輸電線路安全運(yùn)行的基礎(chǔ)上合理選擇施工材料和施工方法。

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

3.1 塔頭鉸結(jié)點(diǎn)設(shè)置

在進(jìn)行輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)鐵塔內(nèi)力進(jìn)行分析，在此過(guò)程中，可以講桿系結(jié)點(diǎn)作為鉸接點(diǎn)。塔頭鉸結(jié)點(diǎn)設(shè)置指的是對(duì)兩鉸拱或三鉸拱力學(xué)模型進(jìn)行選擇。過(guò)去，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用過(guò)渡鉸鋼式的構(gòu)造結(jié)構(gòu)形式，不僅更加接近原力學(xué)模式，而且有利于節(jié)約施工材料。近年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用三鉸拱塔頭形式，在實(shí)際施工中，有些鐵塔中間鉸的部位下還需要加設(shè)平連桿，因此，還需要考慮三鉸拱內(nèi)力。

3.2 桿系布置

對(duì)于桿塔的選型，需要綜合考慮沿線地區(qū)的水文氣象地質(zhì)情況，并且盡量選擇工程導(dǎo)線型號(hào)以及工程區(qū)域內(nèi)使用年限較多的桿塔型作為選擇對(duì)象。通常情況下，平原或丘陵地區(qū)的桿塔型主要是拉線桿塔或鋼筋混凝土桿形式；城市或郊區(qū)以鋼管桿塔為主；另外，走廊狹窄或清理費(fèi)用高、清理難度大的走廊地帶，則主要選擇垂直或?qū)Ь€三角形桿塔形式。桿系布置的合理性，不僅與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造密切相關(guān)，而且還與桿件本身的功能有一定的關(guān)聯(lián)。

3.2.1 導(dǎo)線橫擔(dān)下平面斜材布置

交叉斜材式是導(dǎo)線橫擔(dān)下平面斜材布置中最為常見(jiàn)的，同時(shí)，交叉斜材布置到導(dǎo)線橫擔(dān)根部一般是將斜材直接連接到導(dǎo)線橫擔(dān)材料上，在縱向荷載的作用下，就會(huì)造成連接部位的主材或節(jié)點(diǎn)板出現(xiàn)變形問(wèn)題。因此，在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)人員需要在這一節(jié)點(diǎn)位置增設(shè)短角鋼，以此有效增強(qiáng)在縱向荷載這一作用下這一節(jié)點(diǎn)位置的抵抗能力。另外，還可以采用改進(jìn)桿系布置的形式，提升設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和合理性。

3.2.2 塔腿平連桿的使用

近年來(lái)，在真型塔試驗(yàn)過(guò)程中，需要綜合考慮平連桿的使用情況。力學(xué)模型從靜定到超靜定的變化主要表現(xiàn)在塔腿結(jié)構(gòu)加設(shè)平連桿的設(shè)計(jì)中。在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果采用平連桿，則還需要對(duì)桿件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，如果平連桿設(shè)計(jì)部合理，則會(huì)造成設(shè)計(jì)誤差增加。

3.2.3 塔身斜材的布置

斜材對(duì)外荷載抵抗力矩的選擇以及計(jì)算長(zhǎng)度的選擇都是制約塔身斜材的基本條件的主要因素，另外，塔身斜材的布置形式還與塔身寬度有一定關(guān)聯(lián)。

3.3 大坡度塔身

現(xiàn)如今，在輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，大坡度塔身已經(jīng)得到廣泛推廣和應(yīng)用。采用大坡度塔身設(shè)計(jì)形式，不僅能夠有效減少基礎(chǔ)作用力，而且還能夠降低基礎(chǔ)材料耗量。現(xiàn)如今，隨著大負(fù)荷塔型數(shù)量的不斷增加，大坡度塔身也越來(lái)越常見(jiàn)。

4 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）在進(jìn)行電力工程輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況合理確定檔距，具體而言，可以對(duì)鐵塔設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行合理計(jì)算和優(yōu)化，通過(guò)對(duì)桿距、桿塔距之間的檔距進(jìn)行計(jì)算，并且綜合考慮經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、排位指標(biāo)等，能夠合理計(jì)算出桿塔的水平、垂直檔距，優(yōu)化鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（2）在電力工程輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)中，角鋼是十分重要的組成材料，因此，在進(jìn)行鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮較高的截面特性，同時(shí)，還需要綜合考慮角鋼的材質(zhì)、生產(chǎn)情況以及規(guī)格等等，這樣才能提升鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

（3）在電力工程輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)中，還應(yīng)該合理選擇施工材料。通常情況下，塔身主材長(zhǎng)度較大、接頭較少，而且在各段的受力情況也有所不同，因此，需要分段設(shè)計(jì)，避免出現(xiàn)浪費(fèi)。另外，塔身的斜材部分與主材的分割長(zhǎng)度及輔助材料有很大關(guān)聯(lián)，斜材與水平面的夾角是充分發(fā)揮斜材承載能力的關(guān)鍵，因此，主材與斜材必須相互配合，簡(jiǎn)化布材方式，明確承載力。

（4）在電力工程輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)中，塔身坡度優(yōu)化設(shè)計(jì)也十分重要，塔身坡度設(shè)計(jì)形式與塔身主材、斜材的規(guī)格和基礎(chǔ)作用力的大小有很大關(guān)聯(lián)，因此，為了保證塔材應(yīng)力分布均勻，必須合理選擇塔身坡度，在保證鐵塔強(qiáng)度和剛度的條件下，選出最優(yōu)的坡度。

（5）鐵塔與基礎(chǔ)同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)。鐵塔與基礎(chǔ)同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)位在鐵塔建設(shè)過(guò)程中盡量減少鋼材使用量，因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，首先需要計(jì)算好塔身坡度，這樣能夠有效提升鐵塔設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，在對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中一定要將其和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)有機(jī)的結(jié)合，一般來(lái)說(shuō)將塔件的傾斜程度控制在主材開(kāi)合腳允許的范圍內(nèi)，不然不僅會(huì)影響塔桿的穩(wěn)定性，同時(shí)還會(huì)嚴(yán)重影響到鋼材的使用量。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在輸電線路設(shè)計(jì)體系中具有十分重要的地位，其性能和設(shè)計(jì)質(zhì)量會(huì)直接影響整個(gè)輸電線路實(shí)際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。本文主要對(duì)輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)探究。在具體設(shè)計(jì)中，還需要以現(xiàn)代化科學(xué)理念為依據(jù)，在完善結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略的基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保障鐵塔在輸電線路運(yùn)行中的功能，實(shí)現(xiàn)輸電線路的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]梁偉峰.如何優(yōu)化設(shè)計(jì)送電鐵塔結(jié)構(gòu)[J].全文版：工程技術(shù)，2015（14）：147.

[2]侯耀春.淺析輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2014（14）：36～37.

[3]袁冰.輸電線路鐵塔的選型設(shè)計(jì)優(yōu)化方案研究[J].通訊世界，2015（20）：112～113.

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1004-7344（2016）32-0142-02

2016-10-19