输电线路设计—杆塔设计

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1、输电线路设计杆塔设计1、杆塔型式 2、杆塔荷载 3、杆塔材料与构件形式 4、铁塔的基本计算方法 介绍5、铁塔的变形 6、铁塔图纸识图7、标准设计图纸的应用l 按照杆塔的构件材料分类A 钢筋混凝土电杆B 铁塔拉线铁塔自立式铁塔钢管杆1、杆塔型式l 杆塔按其受力性质A 悬垂型: 悬垂直线塔 悬垂转角塔B 耐张型: 耐张直线、 耐张转角 终端杆塔l杆塔按其回路数分A 单回路 B 双回路 C 多回路杆塔单回路导线既可水平排列，也可三角排列或垂直排列， 水平排列方式可降低杆塔高度，三角排列方式可减小线路走 廊宽度；双回路和多回路杆塔导线一般按垂直排列，必要时 可考虑水平和垂直组合方式排列，但在覆冰地区，

2、要考虑相 邻垂直相间保持一定的水平偏移。l 各种塔形简图l 荷载分类A 永久荷载： 导线及地线、绝缘子及其附件、杆塔 结构、各种固定设备、基础、以及土石方等的重 力荷载；拉线或纤绳的初始张力，土压力及预应 力等荷载 B 可变荷载： 风和冰(雪)荷载；导线、地线及拉线 的张力；安装检修的各种附加荷载；结构变形引 起的次生荷载以及各种振动动力荷载。2、杆塔荷载l 杆塔荷载的来源1）杆塔自重与杆塔自身的风荷载。 2）杆塔起着架空支持电线（导线与地线简称）的作 用，作用在电线上的所有荷载都要通过电线挂点传给杆 塔。如电线 重量、电线覆冰荷载、电线风荷载、电线 不平衡张力（包括电线转角张力）、温度变化引

3、起的电 线张力变化、事故断线引起的张力变化、防振锤和重锤 的重量等。3）架线施工时紧线、锚线、挂线、吊线引起的荷载 。4）绝缘子串的重力荷载与风荷载也要传给杆塔。5）杆塔组立时所发生的施工荷载。6）拉线结构的永久拉线荷载。7）地震荷载与电线舞动产生的荷载。8）其他不可预见的或偶然荷载。l荷载作用方向1）杆塔荷载一般分解为： 横向荷载：风荷载、角度力等纵向荷载：风荷载、纵 向张力差等垂直荷载：自重、附加荷载等。 2)风荷载的计算方向： 悬垂型杆塔应计算与铁塔线路方向轴线成0、45(或 60)及90的三种基本风速的风向；一般耐张型杆 塔可只计算90一个风向；终端杆塔除计算90风向 外，还需计算0风

4、向；悬垂转角杆塔和小角度耐张 转角杆塔还应考虑与导、地线张力的横向分力相反 的风向；特殊杆塔应计算最不利风向。l 荷载组合 各类杆塔在设计时均考虑：正常运行情况断线(含分裂导线时纵向不平衡张力)情况安装情况下的荷载组合必要时尚应验算地震等稀有情况正常运行情况荷载组合A 基本风速、无冰、未断线(包括最小垂直荷载和最大 水平荷载组合)。 B 最大覆冰、相应风速及气温、未断线。位于15mm冰区 、相对高差较大、连续上下山等局部地段的铁塔，必 要时覆冰工况应按每相导线和每根地线同时作用纵向 不平衡张力进行计算，导线不平衡张力取最大使用张 力的1015%，地线取最大使用张力的20%25%。 C 最低气温

5、、无冰、无风、未断线(适用于终端和转角 杆塔)。悬垂型杆塔的断线组合 （1）断导线(含分裂导线的纵向不平衡张力)情况 A 三回路及以下杆塔：单导线时，断任意一根导线；分裂 导线时，任意一相有不平衡张力、地线未断、无风、无冰 。 B 四回路及以上杆塔：单导线时，断任意三根导线；分裂 导线时，任意三相导线有不平衡张力。断线张力或纵向不 平衡张力仍按单回路和双回路杆塔的规定选用。地线未断 、无风、无冰。（2）地线不平衡张力情况 不论带多少回路的杆塔，任意一根地线有不平衡张力，导线 未断、无冰、无风。 耐张型杆塔的断线组合 （1） 断导线 A 三回路及以下杆塔：在同一档内断任意两相导线( 终端杆塔还应

6、考虑作用一相或两相导线的不利情 况)、地线未断、无冰、无风。B 四回路及以上杆塔：在同一档内断任意三相导线 （终端杆塔还应考虑作用一相、两相或三相导线 的不利情况），地线未断、无冰、无风。（2）断地线 一根地线、导线未断、无冰、无风。安装情况 应按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件下考 虑下列荷载组合： （1）悬垂型杆塔的安装荷载 A 提升导线、地线及其附件时的作用荷载 B 导线及地线锚线作业时的作用荷载 （2）耐张型杆塔的安装荷载 A 导线及地线锚线荷载、紧线荷载 B 临时拉线所产生的荷载 l 安装的限制条件起吊荷载一般按照2倍自重考虑； 锚线对地夹角一般应不大于20 ； 临时拉线对地

7、夹角不应大于45 ，其方向与导、 地线方向一致，临时拉线一般可平衡导、地线张 力的30%； 紧线牵引绳对地夹角一般按不大于20考虑 。l 荷载计算1）垂直荷载 式中 G导线或避雷线的垂直荷载，N；g导线或避雷线的垂直比载（g1或g3）， N/mmm2； S导线或避雷线截面，mm2； 垂直档距，m； Gj绝缘子串总重量，N。 2）水平荷载杆塔风压荷载 当风向与线路方向垂直时，杆塔风压荷载按下式计算式中Pp风向与线路方向垂直时的杆或塔身风压，N；v设计风速，m/s；C风载体形系数，对环形截面电杆取0.6，矩形截面 杆取1.4，角钢铁塔取1.4（1+），圆钢铁塔取1.2（1）； F风压方向杆、塔身侧

8、面构件的投影面积m2；空间桁架背面的风压荷载降低系数，其值见教材表 410所示。 2）水平荷载导线、避雷线的风压荷载 式中 P导线或避雷线的风压荷载，N，线路转角（）；g导线或避雷线的风压比载，N/mmm2；lh水平档距（断线时，断线相计算水平档距取/2） ，m；Pj绝缘子串风压（工程计算中常忽略），N。 3）自立式单杆电杆挠度计算 3）自立式单杆电杆挠度计算 3）自立式单杆电杆挠度计算 l 铁塔材料A 普通钢材Q235、Q345：目前绝大部分铁塔选用普 通钢，其优点是价格便宜、采购方便、规格较齐 全；缺点是强度低，大荷载时无法满足强度要求 。B 高强度钢材Q390、Q420、Q460：近年来

9、在750kV和 1000kV等高电压等级线路上逐步采用，可节省塔 重，缺点是目前加工厂家少采购不方便。3、铁塔材料与构件形式l 钢材的质量要求A 质量标准：应分别符合现行国家标准碳素结构 钢GB/T 700和低合金结构钢GB/T 1591的规 定。B 质量等级：所有杆塔结构的钢材均应满足B级钢的 质量要求。l 螺栓的强度等级A 结构连接一般采用4.8、5.8、6.8级普通螺栓 B 特殊情况下可使用8.8级、10.9级螺栓高强度螺 栓 C 螺栓材质和机械特性应分别符合现行规范紧固 件机械性能 螺栓、螺钉和螺柱GB/T 3098.1和 紧固件机械性能 螺母 粗牙螺纹GB/T 3098.2 的规定l

10、构件断面形式输电线路杆塔的构件断面形式一般有单角钢 、双拼角钢、双拼十字角、四拼角钢、钢管 和格构式断面。对受力较小的塔采用单角钢 断面，随着荷载的增大单角钢承载力不能满 足需要，国内一般采用双拼甚至四拼角钢断 面，在大跨越塔上由于钢管风荷载体形系数 小而更多地被采用，国外在大荷载塔上则广 泛使用钢管结构。l确定杆塔外形尺寸的因素杆塔外形尺寸主要包括杆塔呼称高、横担长度、上 下横担的垂直距离、底线支架高度、双地线挂点之 间水平距离等。杆塔用来支持导线和地线，其外形 尺寸主要取决于导线地线电气方面的因素。如导线 对地、对交叉跨越物的空气间隙距离，导线之间、 导线与地线之间的空气间隙距离，导线与杆

11、塔部分 的空气间隙距离，地线对边导线的防雷保护角，双 地线对中导线的防雷保护，考虑带点检修带电体与 地电位人员之间的空气间隙距离等。l两相导线水平排列其线间距离的确定在正常运行电压气象条件下，由于风荷的作用，使整个档距导 线发生摇摆，档距中央的导线摆动的幅度最大。当导线发生不 同步摇摆时，档距中央导线部分接近，会导致线间空气间隙击穿，从而发生线间闪络。为此，规程中指出：导线的水平线间距离，可根据运行经验确定。1000m以下的档距可按下式计算。l两相导线垂直排列其线间距离的确定两相导线垂直排列时，使线间距离接近的因素主要是 ：电线覆冰不均匀或者电线覆冰脱落产生跳跃或者电 线舞动产生大幅度上下运动

12、。在覆冰较少的地区，规 程推荐，垂直线间距离取式(2 - 3)计算结果的四分 之三，即 Dv=34Dm (2 - 4)使用悬垂绝缘子 串杆塔时，其垂直线间距离不宜小于表2 - 8所列数 值。4、铁塔的基本计算方法简要介绍铁塔内力分析采用国际大电网（CIGRE）线路结构工作组 推荐的方法弹性空间桁架分析法。塔架简化为空间桁架结构，所有节点假定为铰接点，构 件只承受轴向力。选材时以对长细比的修正来考虑约束和偏 心对构件承载力的影响。内力分析计算软件东北电力设计编 制的自立式铁塔内力分析软件。5、铁塔的变形 包括弹性变形和螺栓松动引起的变形，铁塔设计中按照如下 要求控制铁塔的弹性变形：在荷载的长期效

13、应组合(无冰、风速5m/s及年平均气温)作用 下，杆塔的计算变形(不包括基础倾斜和拉线点位移)，不应超过 下列数值： 悬垂直线无拉线单根钢筋混凝土杆及钢管杆 5h/1000 悬垂直线自立式铁塔 3h/1000 悬垂直线拉线杆塔的杆(塔)顶 4h/1000 悬垂直线拉线杆塔，拉线点以下杆(塔)身 2H/1000 耐张转角、终端自立式铁塔和直线转角钢管杆 7h/1000 66kV及以下转角钢管杆 15h/1000 110kV220kV转角钢管杆 20h/10006、铁塔图纸识图 A 图纸组成：总图 材料汇总表 各分段结构图（正面 侧面 剖面图 大样图 塔脚结构图） B 图例： 总图例 分段结构图例l 总图例l 分段结构图例7、标准设计图纸的应用 l标准化设计目的和意义1）实现标准化、规范化； 2）合理控制工程投资； 3）提交设计效率，方便施工和运行维护； 4）缩短工期建设周期； 5）提高闲置物资利用； 6）体现形象。l设计要点1）模块化结构设计，灵活、适用、经济； 2）统一设计原则、优化结构设计，统一命名规则； 3）采用先进的杆塔规划方案，提高杆塔利用率，体现绿色设 计； 4）落实各种反措措施，适当提高防污、防雷要求，统一脚钉 、爬梯、休息平台设置原则，方便运行维护；l模块划分及命名规定l模块划分及命名规定l典型图l典型图l典型图l典型图