李敬蘭

（河北峻威鐵塔有限公司，河北 衡水 053000）

【摘 要】在鐵塔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，鐵塔設(shè)計(jì)水平的高低決定著鐵塔質(zhì)量的好壞，還影響著輸電線路的質(zhì)量和造價(jià)，因此如何對(duì)鐵塔進(jìn)行優(yōu)化成為現(xiàn)階段設(shè)計(jì)人員面臨的一個(gè)重要問(wèn)題。本文章就對(duì)鐵塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的論述。

【關(guān)鍵詞】鐵塔結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；原理

鐵塔的設(shè)計(jì)水平以及設(shè)計(jì)的質(zhì)量直接影響著輸電線路的投產(chǎn)后的質(zhì)量。因此如何在保障其安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)下，對(duì)鐵塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化成為目前鐵塔設(shè)計(jì)人員所面臨的重要問(wèn)題之一。對(duì)于鐵塔的設(shè)計(jì)而言，需要遵循的原則有很多，確認(rèn)好優(yōu)化的原則對(duì)于鐵塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，有著十分重要的意義，下面筆者就對(duì)鐵塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則以及局部?jī)?yōu)化的措施進(jìn)行論述。

一、鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則與目的

對(duì)于鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，首先就需要滿足線路的電氣性要求，要結(jié)合荷載、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形強(qiáng)度等方面進(jìn)行綜合的計(jì)算。在進(jìn)行鐵塔的設(shè)計(jì)的時(shí)候需運(yùn)用概率理論作為極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化要遵循承載力極限狀態(tài)。在鐵塔的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計(jì)和選擇過(guò)程中，要注重其強(qiáng)度、穩(wěn)定性和連接能力，要在承載力極限的要求下，通過(guò)荷載效應(yīng)的基本組合來(lái)進(jìn)行荷載設(shè)計(jì)。其次還需要滿足正常使用極限狀態(tài)，對(duì)于結(jié)構(gòu)和構(gòu)件而言，往往在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂縫或者變形，因此需要按照正常的使用極限狀態(tài)要求，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)的荷載組合規(guī)范來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通常，在塔頭的尺寸設(shè)計(jì)上，一定要保障其能夠滿足電氣間隙，并足夠的緊湊，從而使得塔頭的受風(fēng)面積降低，以降低風(fēng)力荷載，在節(jié)約成本的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔的安全性能保障。塔身的布置作為鐵塔的支撐部位，塔身一定要滿足鐵塔的整體建設(shè)強(qiáng)度和穩(wěn)定性需求，構(gòu)建之間的傳力要均勻和正確，傳力路線要清晰。塔根的部分，要根據(jù)最小塔重的原則來(lái)選取，通過(guò)結(jié)合基本作用力以及材料消耗，來(lái)選擇最為恰當(dāng)賀禮的方案。鐵塔的接腿處設(shè)計(jì)，要與基面治理和我國(guó)環(huán)境保護(hù)的要求相結(jié)合，保障接腿施工的方面和快捷。

對(duì)于鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化而言，其最主要的目的就是保障鐵塔的工作性能和承載念能力。其次優(yōu)化目的還包括鐵塔的正常維護(hù)下的使用壽命，除此之外，還包括構(gòu)建的布局、結(jié)構(gòu)形式、傳力的路線，要簡(jiǎn)潔和清晰。部件與節(jié)點(diǎn)之間，要能夠充分的發(fā)揮出其承載的潛力。其次，才是通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵塔建設(shè)成本的降低。

二、鐵塔塔頭優(yōu)化

對(duì)于鐵塔的塔頭優(yōu)化而言，上文中筆者已經(jīng)提到過(guò)，對(duì)其優(yōu)化的首先就是要保障其能夠滿足電氣間隙要求。在優(yōu)化的過(guò)程中要將塔頭的受力特點(diǎn)相結(jié)合，盡可能的降低線路的走寬和鐵塔的自身重量。塔頭形式的設(shè)計(jì)上要注重簡(jiǎn)潔、傳力和結(jié)構(gòu)的清晰。在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，要選擇多個(gè)參考方案進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，綜合考慮傳力、造型、重量等因素來(lái)選擇優(yōu)化。

三、塔身優(yōu)化

對(duì)于塔身的優(yōu)化而言，最重要的就是對(duì)塔身的坡度進(jìn)行優(yōu)化。在一定的荷載條件之下，塔身坡度的大小，將影響著鐵塔的重量增長(zhǎng)趨勢(shì)。如果塔身坡度設(shè)計(jì)合理，不僅能夠降低鐵塔的鋼材指標(biāo)還能夠?qū)ζ浞€(wěn)定性和可靠性進(jìn)行保障，除此還能夠保障鐵塔的外觀協(xié)調(diào)。對(duì)于塔身的坡度優(yōu)化而言，其對(duì)鐵塔的整體重量有著十分重要的影響作用，還對(duì)鐵塔的建筑成本起到降低的作用。

對(duì)塔身坡度進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要將整個(gè)鐵塔的質(zhì)量作為目標(biāo)求解值，綜合鐵塔的結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力能力以及基礎(chǔ)作用力等因素，選擇最佳的坡度。通常來(lái)說(shuō)，其做法就是通過(guò)吸取塔身建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)，以成熟塔設(shè)計(jì)的單面坡度作為塔身坡度設(shè)置的參照值，通過(guò)在參照值的上下進(jìn)行浮動(dòng)，從而獲取最佳坡度值。

四、鐵塔的桿部件布置優(yōu)化

首先來(lái)說(shuō)桿件布置優(yōu)化需要在對(duì)鐵塔傳力提點(diǎn)的分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，通過(guò)運(yùn)用科學(xué)的主材節(jié)間以及布置方法，將鐵塔的傳力路線進(jìn)行清晰化，通過(guò)主、次桿材的結(jié)合，匹配出強(qiáng)度最優(yōu)的組合形式，在通過(guò)綜合受力、美觀等因素，來(lái)進(jìn)行最后的布置。

需要注意的是鐵塔的桿件布置在設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要對(duì)鐵塔的傳力特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算，要通過(guò)參照成熟塔數(shù)據(jù)，來(lái)計(jì)算出經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、構(gòu)件承載力最優(yōu)的方案。其次，可以通過(guò)選擇K型的次材位置進(jìn)行調(diào)控，讓塔身交叉材的同時(shí)受壓最小化。第三、就是要對(duì)次材與水平夾角的大小進(jìn)行明確，通過(guò)直接決定次材的對(duì)外荷載抵抗力矩，或者是對(duì)主材節(jié)間分段進(jìn)行設(shè)計(jì)，在布局的過(guò)程中，一定要注意桿件的合理搭配和良好組合。

五、鐵塔的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造優(yōu)化

對(duì)于鐵塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，鐵塔節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)是一項(xiàng)十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因此設(shè)計(jì)的好壞直接影響著構(gòu)建承載力與實(shí)際承載需要能否匹配。因此對(duì)這個(gè)環(huán)節(jié)予以高度的重視，是保障鐵塔結(jié)構(gòu)的安全化發(fā)展的一項(xiàng)重要內(nèi)容。因此在此部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)上一定要加強(qiáng)整體研究，還要注重對(duì)細(xì)節(jié)的處理。在節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化過(guò)程中，需要遵循以下幾點(diǎn)原則：首先要避免連接桿夾角過(guò)于小。其次塔身的次材與主材連接上需要采用多心線法，盡可能的讓主材與次材直接連接。第三，要盡可能的降低桿件的偏心連接，這樣能夠降低偏心彎矩對(duì)桿件承載力帶來(lái)的影響。第四，對(duì)于不同的主次材連接上，可以通過(guò)蓋面次材端部的約束，來(lái)降低長(zhǎng)細(xì)比的修正系數(shù)。第五，就是在設(shè)計(jì)上，要注重兩面的桿件不能對(duì)孔布置，降低斷面的風(fēng)險(xiǎn)。

六、長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)于鐵塔長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)而言，主要采用的是全方位的長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)方法，通過(guò)靈活配置高低基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行使用。這種方式不僅能夠降低工程土方量還能夠從最大限度上降低塔基的環(huán)境破壞程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)的保護(hù)。對(duì)于長(zhǎng)短腿優(yōu)化而言，其具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。在以往的工程實(shí)踐過(guò)程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)短腿差距較大的時(shí)候，鐵塔的重量也會(huì)響應(yīng)的增加，因此，在進(jìn)行工程設(shè)置的時(shí)候，一定要注重他為坡度的設(shè)計(jì)要滿足具體情況。在長(zhǎng)短腿設(shè)置上保證起處于最小級(jí)差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑材料的節(jié)省。除此之外還需要根據(jù)鐵塔的受力情況，進(jìn)行合理的公用腿設(shè)置和添加。

七、結(jié)語(yǔ)

在本文章的論述中，筆者針對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原則和目的以及局部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行論述，通過(guò)論述我們可以了解到，在鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都不是獨(dú)立的，其與其他部分都是息息相關(guān)的。因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要充分的對(duì)鐵塔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的工作職能進(jìn)行了解，認(rèn)識(shí)這種優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種動(dòng)態(tài)的管理過(guò)程。要從全局的角度上出發(fā)，精確到鐵塔結(jié)構(gòu)的每一個(gè)細(xì)節(jié)之中去。在考量可靠性、安全型、經(jīng)濟(jì)型、周邊環(huán)境保護(hù)等多方面因素的影響之下，通過(guò)動(dòng)態(tài)的調(diào)控手段，來(lái)對(duì)鐵塔項(xiàng)目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，只有這樣才能保障鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得良好的成績(jī)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊常青. 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和優(yōu)化措施[J]. 中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2014，（20）：37.

[2]張鵬. 基于元模型的輸電鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].華北電力大學(xué)，2013.

[3]帥慧明. 高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用[D].廣州大學(xué)，2011.

[4]陳永疊. 輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀和優(yōu)化措施[J]. 黑龍江科技信息，2010，（36）：12.

[5]儲(chǔ)開(kāi)宇. 輸電鐵塔結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].華北電力大學(xué)（河北），2005.

[6]張紹周. 優(yōu)化鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低送電線路造價(jià)[J]. 福建電力與電工，1995，（03）：32-33.

[7]董世份. 架空線路鐵塔腹桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 電力建設(shè)，1984，（08）：23-25.