输电杆塔及基础设计第二章 杆塔荷载的分析计算 第一节 杆塔荷载分类第二节 杆塔标准荷载计算方法一、自重荷载 二、张力引起的荷载计算 三、风荷载的计算四、杆塔安装荷载第三节 杆塔设计原则习题第一节 杆塔荷载分类一、按荷载随时间的变异可分１．永久荷载：包括杆塔自重荷载、导线、避雷线、绝缘子、金具的重力及其它固定设备的重力,土压力和预应力等荷载２．可变荷载：包括风荷载、导线、避雷线和绝缘子上的覆冰荷载，导线避雷线张力、事故荷载、安装荷载、验算荷载、人工和工具等附加荷载３．特殊荷载：地震引起的地震荷载，以及在山区或特殊地 形地段，由于不均匀结冰所引起的不平衡张力等荷 载二、按荷载作用在杆塔上方向分 据计算需要，将它们分 解成作用在杆塔上三个方向的力垂直荷载G：垂直地面方向横向水平荷载P：与横担方向平行的力纵向水平荷载T：垂直横担方向的力,如图1 图1 杆塔荷载图特别说明:荷载有:1 、荷载标准值按照各种荷载标准规定计算而得的荷载叫标准荷载, 如杆塔塔身自重为体积乘容重,风载为基本风压乘 挡风面积.2 、荷载设计值荷载标准值乘分项系数一般分项系数:永久荷载取1.2可变荷载取1.4第二节 杆塔标准荷载计算方法一、自重荷载(自重引起的荷载为垂直荷载)1．导线、避雷线的自重荷载 无冰时覆冰时式中 n 每相导线子导线的根数； 杆塔的垂直档距，m；γ1 导线、地线无冰垂直比载， N/m.mm2；γ2 －导线、地线覆冰垂直比载，N/m.mm2；A 导线、地线截面面积 mm2。
2．绝缘子串、金具的垂直荷载 无冰时为绝缘子串、金具自重 ， 可查绝 缘子及各组合绝缘子串的金具重量表 覆冰时 式中 K覆冰系数 ，设计冰厚5mm时， K＝1.075 设计冰厚10mm时，K＝1.150设计冰厚15mm时，K＝1.225 3．杆塔自重荷载杆塔自重荷载可根据杆塔的每根构件逐一统计 计算而得，也可根据设计经验，参照其它同类杆塔 资料，做适当假定获得例1 已知正常情况下某导线自重比载γ1D＝ 35.8×10-3 N/m.mm2,导线冰比载γ2D =17.5×10-3N/m.mm2，导 线覆冰厚度b＝5mm,导线垂直档距LV＝368m，导线水平 档距为LP＝350m，导线采用LGJ－150/35，截面面积为 AD＝181.62mm2 ，绝缘子串和金具的总重量为520N（7 片x－4.5），求导线作用在杆塔上的垂直荷载标准值和 设计值 解：垂直荷载标准值GD：垂直荷载设计值GD：永久荷载分项系数γG=1.2可变荷载分项系数γQ=1.4=(1.2×1×0.0358×181.62×368)+(1.4×1×0.0175×181.62×368)+(1.2×520)+1.4×520×0.075=5188N直线型杆塔：（1）正常运行情况导线、避雷线张力不产生不平衡张力，但当 气象条件发生变化时，或因档距、高差不等引起 荷载改变，从而产生纵向不平衡张力。
2）事故断线时在纵向产生断线张力 二、导线、避雷线张力引起的荷载计算转角杆塔：导线、避雷线会产生张力，分解成横向水平荷载 （称角度荷载）和纵向水平荷载（称不平衡张力） 1．角度荷载：（横向水平荷载如图2）PJ＝T1sinα1＋T2sinα2 式中 Ｔ１、Ｔ２杆塔前后导、地线张力 Ｎ；α１、α２导、地线与杆塔横担垂线间的夹角（０）当α1＝α2＝α／2时，（α为线路转角）则PJ=(T1+T2)sinα/2 当α＝0时 PJ＝0 为直线型杆塔 2．不平衡张力：产生纵向荷载（如图3） △T=T1COSα1-T2COSα2 当α1＝α2＝α／2时 则：△T=（T1-T2）cosα／2 当T1=T2时，△T=0；当α=0时，为直线型杆塔 图 3a 图 3b3. 断线张力荷载 产生纵向水平荷载（1）直线杆塔：按《规程》规定了直线杆塔的导线、地线的断线 张力分 别取各自最大使用张力乘以一个百分比值。
TD＝TDmax.X% 式中 TD－断线张力 N TDmax－导、地线最大使用张力，TDmax＝ TP/KC N； TP－导、地线的拉断力，N（查导线手册） ； KC－导、地线的设计安全系数，导线取K＝2.5，地线取K＝2.7；X%－最大使用张力百分比值，按《规程》 规定选用；参照表2-1～2-32）对各级电压的耐张杆塔、转角杆塔及终 端杆塔导线断线张力取最大使用张力的70%3）地线的断线张力取最大使用张力的80%特别说明：直线型杆塔与耐张型杆塔的区别在于 承受的荷载不同，主要是杆塔纵向荷载：1、两者断线张力的最大使用张力的X%不一样；2、耐张型杆塔要承受杆塔纵向的不平衡张力例2 已知某干字型转角杆塔的转角为 900 ，正常运行情 况杆塔前后导线张力为T1＝2500N，T2＝2000N,并且 α1=α2 ，试求作用在杆塔下横担上纵向水平荷载和横向 水平荷载的荷载标准值，要求画出荷载示意图 解：根据题意有α1=α2 ,作用在下横担上的角度力（横向水平荷载标准值）为:PJ＝（T1＋T2）sin /2＝（2500＋2000）sin900/2 ＝3181.5N不平衡张力(纵向水平荷载标准值）为：△T＝（T1－T2）cos900/2 =(2500-2000) cos 900/2＝353.5N 注：以上计算均为一相导线。
问题：如果求荷载设计值，荷载分项系数是多少？例 3 已知某220kV线路耐张自立铁塔，地线采用：1×7－6.6－1370－A－YB/T5004-2001型，试求该地线断线张力解：查表得破坏拉断力TP ＝33.50kN，安全系数取2.7，地线最大使用张力百分比值为80% 地线最大使用张力：地线断线张力：TD＝TDmax.X%＝12.41×80%＝9.93kN问题：该张力是标准值还是设计值？三、风荷载的计算(风荷载引起的为横向水平荷载) 1、导线、地线风荷载的计算 ①风向垂直于导线的风荷载计算 ②风向与导线不垂直时风荷载计算（1）风向垂直于导线的风荷载计算:无冰时 P=γ4ALPcosα/ 2 N 覆冰时 P=γ5ALPcosα/2 N式中γ4、γ5分别为无冰、覆冰风压比载N/m.mm2A导、地线截面面积，mm2 LP水平档距，m；α线路转角 注意：新标准规定重冰还要乘以风载增大系数B5mm冰 区取1.1，10mm冰区取1.2图4（2）风向不垂直于导线的风荷载计算:Px=Psin2 N 式中 Px垂直导、地线方向风荷载分量 N；P—垂直导、地线方向风荷载，按式（2-9）、（2-10）计算；θ—实际风荷载的风向与导、地线的夹角。
图52．绝缘子串风荷载的计算Pj=n1(n2+1) AJμZ W0 B kN 式中 n1－一相导线所用的绝缘子串数；n2－每串绝缘子的片数,加“１”表示金具受 风 面相当于１片绝缘子；μZ－风压随高度变化系数；AＪ－每片的受风面积，单裙取0.03m2，双裙取0.04m2；W0 －其本风压标准值， kN/m2 W0=V2/1600，V基准高度为10m的风速例 4 绝缘子串采用7片x－4.5，串数n1=1, 每串的片数n2=7,单裙一片绝缘子挡风面积 AJ=0.03m2,绝缘串高度约15m，正常情况Ⅰ的风 速为25m/s,计算作用在绝缘子串上的风压解：绝缘串高度约15m，查表2－4得风压高度变化 系数μZ=1.0PJD=n1(n2+1)μZ AJW0 =1×(7+1) ×1.0×0.03×252/1.6=94N例 5．同例 1，已知某输电线路直线杆塔水平档距 为350m，垂直档距为368m，正常情况下最大风、无冰，导线的垂直比载r1D=35.80×10-3 , 绝缘子串风载PJD=94N,导线截面积AD=181.62mm2,导线风比载r4D(25) =35.19×10-3 ,试求作用在杆塔导线上的水平荷载标准值。
问题：设计荷载是多少？解： 水平荷载标准：P= r4D(25) ADLp+PJD=35.19×10-3 ×181.62×350+94＝2330.9N3. 杆塔塔身风荷载的计算 风向作用在与风向垂直的结构物表面的风荷载用下 Pg=μZμSβZAfW0 B 式中 （1）μZ—风压高度变化系数(查表2-5)，物理意义：修正地表面粗糙不平对风产生摩 擦阻力而引起风速沿高度的变化距地面越近，地 面越粗糙，影响就越大 （2）μS－构件体形系数,采用下列数值环形截 面钢 物理意义：修正在相同风力作用下，结构曝 露在风中的形状不同（物面不标准）而引起的风 压值及其分布的改变钢筋混凝土杆 0.7圆断面杆件：当W0d2≤0.002时 1.2；当W0d2≥0.015时 0.7(上述中间值按插入法计算)d－圆断面杆件直径，m；由圆断面杆件组成的塔架 (0.7－1.2)×(1+η)构件体形系数μS的确定： 型钢(角钢、槽钢、工字型和方钢) 1.3由型钢杆件组成的塔架 1.3(1+η) η－塔架背风面荷载降低系数，按表2-6选用 物理意义：修正背风面产生的负压多边形截面μS按表2-7选用3）βZ—杆塔风荷载调整系数(表2-8查取)。
物理意义：风压将随着风速、风向的紊乱变化而不 停的改变，风压产生的波动分量(波动风压)，使结构在平均侧移附近产生振动效应，致使结构受力增 大 （4）Af—杆塔塔身构件承受风压的投影面积计算 值对电杆、钢管杆杆身：Af=h(D1＋D2)/2h—计算段的高度 m D1、D2—电杆计算风压段的顶径和根径 m，锥度为1/75的锥形电杆D2= D1+ h/75；对铁塔铁身： Af=h(b1+b2)/2b1、b2—铁塔塔身计算段内侧面桁架（或正面桁 架）的上宽和下宽—铁塔构架的填充系数，一般窄基塔身和塔头取0.2～0.3，宽基塔塔身可取 0.15～0.2,考虑节点板挡风面积的影响,应再乘以风压增大系数,窄基塔取1.2,宽基塔取1.1 例 6 已知拉线等径电杆高度21m，埋深2m ， 电杆外径D=500mm,内径d=400mm,电压等级110kV， Ⅳ级气象区，试计算作用在杆身上的风荷载标准值解 查表 由高度20m，电压110kV，地面粗糙度B类风压高度变化系数取μZ=1.10杆塔风荷载调整系数βZ=1.0环形截面钢筋混凝土电杆构件体形系数取μS=0.7P=μZμSβZAfW0=1.10×0.7×1.0×0.5×252/1.6=236.7N/m答：作用在杆身上的风荷载标准值为236.7N/m例7 已知某110kV上字型窄基铁塔塔顶宽 D1＝0.4m,下横担处宽D5＝0.839m，根开D9＝ 1.75m,塔头高h1=6m，塔身高h2=13.5m,计算塔身 风荷载，线路经过乡村,运行情况Ⅰ时风速30m/s解：一、塔头风荷载1、风压随高度变化系数μZ110kV,高度19.5m粗糙程度为B类，查表2－5得μZ＝1.10 2、风荷载调整系数βZ查表2－8得βZ＝1.03、构件体形系数μs由型钢杆件组成的塔架μs＝1.3（1+η） 填充系数＝Af/A,塔头取＝0.3*1.2=0.36 塔头b/h=((0.4+0.839)/2)/6=0.103查表2－6得η＝0.58μs＝1.3（1+η）＝1.3*（1+0.58）＝2.0544、投影面积Af（塔身面积）=0.36*6*((0.4+0.839)/2)=1.34m25、塔头风压q q=μZμSβzW0Af/h=(1.1*2.054*1.0* (30*30/1600)。