论文部分内容阅读
【摘 要】在输电线路杆塔荷载计算时，窄基钢管塔与普通杆塔的计算步骤基本相同，但具体的计算方法却又不尽相同。本文从合理确定窄基钢管塔结构重要系数、塔身风振系数，导地线张力和风荷载计算，导地线及附件的重力荷载计算，安装和断线、不均匀覆冰荷载、塔身风荷载计算等方面，系统地阐述了输电线路窄基钢管塔的荷载计算过程，并总结了荷载计算过程中需要注意的一些问题。
【关键词】输电线路 窄基钢管塔 荷载计算
一、前言
杆塔荷载的主要来源有杆塔自重与塔身风荷载，作用在导地线上的所有荷载，架线施工时紧线、锚线、挂线、吊线引起的荷载，绝缘子串重力荷载与风荷载，杆塔组立时发生的施工荷载，拉线结构的永久拉线荷载，地震荷载与电线舞动产生的荷载，其他不可预见的或偶然荷载，下面将系统地阐述窄基钢管塔的荷载计算过程。
二、杆塔结构重要系数
按照《110kV～750kV 架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）的相关规定执行，重要线路取1.1，临时线路取0.9，其他线路取1.0。
三、塔身风振系数的确定
与常规杆塔的风振系数相比，窄基钢管塔塔身分段风振系数较大。根据随机振动理论公式，风振系数的取值与单位迎风面积的质量有关。对于窄基塔，根开小，塔身坡度很小，塔身主材及斜材受力较大，选材规格较大，相当于常规塔而言，迎风面积减小，质量增大，质量与面积比值就更大，因此其塔身风振系数较普通塔更大。横担部分，由于窄基塔一般电压等级较低，横担尺寸小，结构简单，构件少，因此风振系数不大，没有明显突变。对于与横担相邻的塔身部分，塔身主、斜材受力较大，斜材选材规格较大，质量与面积比值较大，可能存在突变。研究表明，通过 MIDAS有限元软件，建立窄基塔有限元模型，可以准确地计算结构各种模态下的自振周期，同时又采用 ANSYS软件进行对比分析，可以得到很好的吻合。对窄基钢管塔而言，横担及与横担相连的塔身中柱的风振系数均较大，而变坡以下的塔身风振系数相对较小。结合1000kV特高压风振系数的计算经验，按照窄基钢管塔的不同部位分别推荐塔头（变坡以上）和塔身（变坡以下）的风振系数取值。窄基钢管塔上横担及以上取2.5，中横担及以上取2.3，下横担及变坡以上塔身取2.0。窄基钢管塔塔身（变坡以下）分段高度10m处取1.2，20m取1.45，30m取1.65，40m取1.8，50m取1.9，中间值按插入法计算。
四、导地线张力计算
导地线张力计算除了要计算线路正常运行情况的导地线张力外，还要计算断线、不均匀覆冰和安装工况下的荷载组合，必要时还要验算地震等罕见情况。
五、导地线风荷载
此处的风荷载除了所有导地线本身的风荷载之和外，还包括绝缘子串的风荷载。
六、导地线及附件重力荷载
重力荷载包括每相导地线重力荷载、绝缘子及金具重力荷载等。
七、安装荷载计算
各类杆塔的安装情况，应按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑相关荷载组合。悬垂型杆塔应考虑提升导地线及其附件时的作用荷载和导地线锚线作业时的作用荷载，并应考虑动力系数1.1。挂线点垂直荷载取锚线张力的垂直分量和导地线重力与附加荷载之和，纵向不平衡张力分别取导、地线张力与锚线张力纵向分量之差。耐张型杆塔的安装荷载，应考虑锚线和紧线时导地线的荷载、临时拉线所产生的荷载、紧线牵引绳产生的荷载、及安装时的附加荷载。导地线的架设次序，宜考虑自上而下地逐相（根）架设。对于双、多回路杆塔，按实际需要考虑分期架设的情况。与水平面夹角不大于30度、且可以上人的铁塔构件，应能承受设计值1000N人重荷载，且不应与其他荷载组合。
八、断线荷载计算
悬垂、耐张杆塔的断线情况，均应按-5℃、有冰、无风的气象条件考虑，对分裂导线不考虑任意一相导线全断的情况，各种断线情况的组合按《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545 - 2010）第10.1.5和10.1.6计算。
九、不均匀覆冰荷载
不均匀覆冰情况的荷载应按未断线、-5℃、有不均匀冰、风速10m/s的气象条件考虑，不均匀覆冰率为一侧100%、一侧40%，且导线覆冰不平衡张力不低于导线最大使用张力10%、地线覆冰不平衡张力不低于地线最大使用张力20%。
十、杆塔挂点荷载设计值
（一）导地线风荷载和垂直荷载分配。垂直荷载前后侧分配系数为0.4和0.6，水平分荷载荷载前后侧分配系数为0.5和0.5。导地线角度风荷载分配系数如下表：
（二）荷载设计值组合
对非重冰区，不考虑不均匀覆冰。根据承载力极限状态公式：R，计算得出各工况下杆塔挂点的重力荷载、风荷载、地线张力设计值。
（三）挂点荷载设计值计算
根据各个工况下风荷载的角度、导地线角度风荷载分配系数和前后侧分配系数，计算得挂点X方向和Y方向的风荷载分力（坐标原点在塔腿中心，向上为Y轴正方向，向右为X轴正方向）。同时，根据重力荷载前后侧分配系数计算得各挂点的垂直荷载。
十一、塔身与横担风荷载计算
根据角度风吹时的风荷载分配表、上下端分配系数，根据公式计算，把塔身受风荷载转换到塔身具体节点上。
塔身各段风荷载上端分配系数60%；塔身各段风荷载下端分配系数40%；横担风荷载上、下端分配系数均取50%。角度风吹时的风荷载分配系数可查架空输电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T 5154 -2012）中相关表。
随着输电线路通道走廊日趋紧张，合理采用窄基钢管塔既可极大的节约土地资源，又可较钢管杆降低工程造价。在窄基钢管塔的荷载计算过程中，既要全面，又要尽可能准确，才能使其既经济实用，又能保证在其使用寿命内能承受各种设计工况的荷载，从而确保输电线路安全稳定运行。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.110kV～750kV架空输电线路设计规范（GB 50545 - 2010）.中国计划出版社.2010
[2]中华人民共和國电力行业标准.架空输电线路钢管塔设计技术规定（DL/T 5254-2010）.中国电力出版社.2010
[3]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）.中国电力出版社.2003
【关键词】输电线路 窄基钢管塔 荷载计算
一、前言
杆塔荷载的主要来源有杆塔自重与塔身风荷载，作用在导地线上的所有荷载，架线施工时紧线、锚线、挂线、吊线引起的荷载，绝缘子串重力荷载与风荷载，杆塔组立时发生的施工荷载，拉线结构的永久拉线荷载，地震荷载与电线舞动产生的荷载，其他不可预见的或偶然荷载，下面将系统地阐述窄基钢管塔的荷载计算过程。
二、杆塔结构重要系数
按照《110kV～750kV 架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）的相关规定执行，重要线路取1.1，临时线路取0.9，其他线路取1.0。
三、塔身风振系数的确定
与常规杆塔的风振系数相比，窄基钢管塔塔身分段风振系数较大。根据随机振动理论公式，风振系数的取值与单位迎风面积的质量有关。对于窄基塔，根开小，塔身坡度很小，塔身主材及斜材受力较大，选材规格较大，相当于常规塔而言，迎风面积减小，质量增大，质量与面积比值就更大，因此其塔身风振系数较普通塔更大。横担部分，由于窄基塔一般电压等级较低，横担尺寸小，结构简单，构件少，因此风振系数不大，没有明显突变。对于与横担相邻的塔身部分，塔身主、斜材受力较大，斜材选材规格较大，质量与面积比值较大，可能存在突变。研究表明，通过 MIDAS有限元软件，建立窄基塔有限元模型，可以准确地计算结构各种模态下的自振周期，同时又采用 ANSYS软件进行对比分析，可以得到很好的吻合。对窄基钢管塔而言，横担及与横担相连的塔身中柱的风振系数均较大，而变坡以下的塔身风振系数相对较小。结合1000kV特高压风振系数的计算经验，按照窄基钢管塔的不同部位分别推荐塔头（变坡以上）和塔身（变坡以下）的风振系数取值。窄基钢管塔上横担及以上取2.5，中横担及以上取2.3，下横担及变坡以上塔身取2.0。窄基钢管塔塔身（变坡以下）分段高度10m处取1.2，20m取1.45，30m取1.65，40m取1.8，50m取1.9，中间值按插入法计算。
四、导地线张力计算
导地线张力计算除了要计算线路正常运行情况的导地线张力外，还要计算断线、不均匀覆冰和安装工况下的荷载组合，必要时还要验算地震等罕见情况。
五、导地线风荷载
此处的风荷载除了所有导地线本身的风荷载之和外，还包括绝缘子串的风荷载。
六、导地线及附件重力荷载
重力荷载包括每相导地线重力荷载、绝缘子及金具重力荷载等。
七、安装荷载计算
各类杆塔的安装情况，应按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑相关荷载组合。悬垂型杆塔应考虑提升导地线及其附件时的作用荷载和导地线锚线作业时的作用荷载，并应考虑动力系数1.1。挂线点垂直荷载取锚线张力的垂直分量和导地线重力与附加荷载之和，纵向不平衡张力分别取导、地线张力与锚线张力纵向分量之差。耐张型杆塔的安装荷载，应考虑锚线和紧线时导地线的荷载、临时拉线所产生的荷载、紧线牵引绳产生的荷载、及安装时的附加荷载。导地线的架设次序，宜考虑自上而下地逐相（根）架设。对于双、多回路杆塔，按实际需要考虑分期架设的情况。与水平面夹角不大于30度、且可以上人的铁塔构件，应能承受设计值1000N人重荷载，且不应与其他荷载组合。
八、断线荷载计算
悬垂、耐张杆塔的断线情况，均应按-5℃、有冰、无风的气象条件考虑，对分裂导线不考虑任意一相导线全断的情况，各种断线情况的组合按《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB 50545 - 2010）第10.1.5和10.1.6计算。
九、不均匀覆冰荷载
不均匀覆冰情况的荷载应按未断线、-5℃、有不均匀冰、风速10m/s的气象条件考虑，不均匀覆冰率为一侧100%、一侧40%，且导线覆冰不平衡张力不低于导线最大使用张力10%、地线覆冰不平衡张力不低于地线最大使用张力20%。
十、杆塔挂点荷载设计值
（一）导地线风荷载和垂直荷载分配。垂直荷载前后侧分配系数为0.4和0.6，水平分荷载荷载前后侧分配系数为0.5和0.5。导地线角度风荷载分配系数如下表：
（二）荷载设计值组合
对非重冰区，不考虑不均匀覆冰。根据承载力极限状态公式：R，计算得出各工况下杆塔挂点的重力荷载、风荷载、地线张力设计值。
（三）挂点荷载设计值计算
根据各个工况下风荷载的角度、导地线角度风荷载分配系数和前后侧分配系数，计算得挂点X方向和Y方向的风荷载分力（坐标原点在塔腿中心，向上为Y轴正方向，向右为X轴正方向）。同时，根据重力荷载前后侧分配系数计算得各挂点的垂直荷载。
十一、塔身与横担风荷载计算
根据角度风吹时的风荷载分配表、上下端分配系数，根据公式计算，把塔身受风荷载转换到塔身具体节点上。
塔身各段风荷载上端分配系数60%；塔身各段风荷载下端分配系数40%；横担风荷载上、下端分配系数均取50%。角度风吹时的风荷载分配系数可查架空输电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T 5154 -2012）中相关表。
随着输电线路通道走廊日趋紧张，合理采用窄基钢管塔既可极大的节约土地资源，又可较钢管杆降低工程造价。在窄基钢管塔的荷载计算过程中，既要全面，又要尽可能准确，才能使其既经济实用，又能保证在其使用寿命内能承受各种设计工况的荷载，从而确保输电线路安全稳定运行。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.110kV～750kV架空输电线路设计规范（GB 50545 - 2010）.中国计划出版社.2010
[2]中华人民共和國电力行业标准.架空输电线路钢管塔设计技术规定（DL/T 5254-2010）.中国电力出版社.2010
[3]国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）.中国电力出版社.2003