输电线路杆塔优化选型与布置论文_熊灏

摘要：随着社会经济的不断发展与进步，我们的电网也得到了极大的完善。电网的核心内容就是架空高压输电，它在整个过程中具有非常重要的作用，而输电杆塔又是架空高压输电中的重中之重。其中塔腿作为输电杆塔的主要承重构件，其作用自然是不言而喻。本文主要对输电杆塔塔腿及塔腿V面布置进行分析和叙述，后提出相应的可优化策略。

关键词：输电线路；杆塔结构；塔腿结构布置

1 架空输电线路面临的问题

1.1 输电铁塔的重要性

随着经济的发展，社会对用电量的要求越来越高。输电铁塔成为了满足社会大用电量的必备条件。近年来，国家大大加速了特高压的建设。在如此密集的建设周期下，如何降低工程造价成为了必须要关注的话题。而一条输电线路工程中，铁塔造价约占20%-30%。因此，如何提高输电铁塔的经济性显得尤为重要。本文将从铁塔塔腿布置型式方面来探讨如何提高铁塔的经济性。

1.2 输电铁塔的经济性

输电铁塔主要承受由于大风引起的横向荷载，导线张力引起的纵向荷载以及导线等铁塔附属构件引起的垂直荷载。不同的铁塔型式对铁塔承载力影响非常大。铁塔主材是整个铁塔结构的骨架，主材的强弱直接影响铁塔的受力性能。据计算，主材重量占整个铁塔重量的40%左右。因此，提高主材的承载能力是非常重要的一步。

2 铁塔塔腿的受力性能分析

输电铁塔的实际受力是非常复杂的，为了简化计算，通常我们把铁塔当成一个桁架体系。主材主要承受拉力或者压力，在各种复杂的工况条件下，经常既承受拉力作用又承受压力作用。根据《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2012)第6.1.2规定：

式中：N——轴心压力设计值(N)；

——轴心受压构件稳定系数；

A——构件毛截面面积；

——压杆稳定强度折减系数；

——钢材的强度设计值。

其中为构件稳定系数，主要取决于受压构件的长细比，长细比越大，则越小，构件所能承受的受压稳定承载力就越小。当构件承受拉力作用时，构件的强度承载力与并无关系。因此，为了提高受压承载力，就必须减少主材的计算长度，除了合理的布置主材分段外，一般通过布置辅助才来增加主材分段，从而达到减少主材计算长度的目的。但布置过多的辅助才，不单单增加了铁塔重量，还增大了铁塔挡风面积，使得整个铁塔受力更大，主材规格可能需要更高。因此当铁塔主材是稳定控制时，合理的设置主材分段，达到最优长细比能够很好的控制整个塔重。

1.1 主材的最优长细比分析

最优长细比即为在一定的计算长度下，构件同时稳定控制和强度控制，此长度下构件的长细比即为最优长细比。评判的标准即为稳定承载力和强度承载力相等。但在实际铁塔设计过程中，完全做到两者相等是很难的，只能尽量两者接近。经过计算，在单角钢情况下，构件的经济长细比约为40左右。

1.2 V面布置

塔腿斜材是一个非常重要的构件，当塔腿主材在收到压力的过程中，塔腿斜材给予了一个非常大的支撑，这种支撑让塔腿主材的受力性能得到了保障，在很多铁塔真型试验中，塔腿斜材往往由于支撑主材受力而先塔腿主材破坏。我们在用铁塔软件计算塔腿斜材时，尽量让塔腿斜材欲度不要过满，并且要注意塔腿斜材和铁塔主材的刚度需要匹配。一般在刚度匹配的情况下，塔腿斜材应力比若较小，可考虑塔腿斜材是否平行轴控制，若为最小轴，可将布置型式改为平行轴控制，这样可减少塔腿正面辅材布置量，充分利用塔腿斜材的承载能力。如下图所示：当考虑布置圆圈中的辅助才时，塔腿斜材为最小轴控制，此时若塔腿斜材应力较小，可考虑删除这根辅助才，将最小轴控制改为平行轴控制。

1.3铁塔主材节间分段探讨

在如今输电线路中，高电压等级线路使用范围越来越广，导地线受力性能越来越好，为了相应匹配导地线受力性能，这就要求输电铁塔的承载力也要越来越高。同时高压线路经常需要穿越高山峻岭，在那种坡度较陡的地方，为了减少基础开方量，经常需要加高基础与铁塔长短腿配合使用。因此对于一些特殊铁塔，在设计过程中可能需要近10m的减腿。这样铁塔塔腿的主材长度就非常长。合理设计塔腿分段对于降低塔腿主材规格具有非常大的意义。

上图为若干较常用的集中塔腿布置型式，每种塔腿布置都有相应的道理。一般情况下，塔腿主材与斜材的角度控制在不小于20°。因此当减腿较多时为了满足这个角度要求，在某些情况下会在塔身与塔腿交界处加上一个裤衩来增大主材与斜材的夹角。但是设置裤衩对铁塔的整体抗扭刚度是不利的，在设计中重冰区铁塔时尽量避免这种裤衩型式。还有一种简单的办法就是增加铁塔根开，这样可虽可以保证塔腿斜材与主材的夹角，并且一定程度减少基础作用力以及主材规格，但是会增大铁塔占地面积以及塔身斜材的规格。

在塔腿分段中，可以参考本文上述论述的最优长细比章节。在尽量减少塔身辅助才的同时能够最大程度的利用塔腿的承载能力。但是对于双拼角钢组成的主材，对于长细比的敏感程度远不及单角钢。因此，当塔腿主材用到双角钢的时候，我们往往并不会一位的通过设置辅助才减少主材节间长度。

3 总结与分析

在铁塔受力过程中，主材承受着铁塔的大部分力；斜材不仅仅承受着主材传递的小部分力，也给予了主材一个支撑增大其承载力；辅助才支撑着塔腿主材与斜材。三者组成了铁塔的主要受力骨架。三者的关系也是相辅相成。在铁塔设计过程中，我们需要保证铁塔主材充分得到利用的前提下尽可能的少布置构件，减小铁塔挡风面积。同时我们可以通过设置辅助才减少受压主材的计算长度，而在受拉主材中尽可能的少布置辅材。并且尽可能的让铁塔主材接近最优长细比，达到受压承载力与强度承载力尽可能相等。

论文作者:熊灏

论文发表刊物:《中国电业》2019年22期

论文发表时间:2020/4/7

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