论文部分内容阅读
摘要：文章从自力式铁塔选型、塔身主材、斜材及水平横隔面杆件布置等方面，阐述了我国高压输电线路铁塔结构设计的一些经验和看法。
关键字：自力式铁塔 结构布置 送电线路
中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：
近年来随着我国电网建设的不断加强，输电线路铁塔得到了前所未有的发展。在电网建设中，架空输电线路的铁塔作为输电路线的重要组成部分，其设计水平的高低直接影响整条线路的质量和造价，影响到电网的安全。笔者认为在进行铁塔结构设计时，首先应从铁塔选型和结构布置入手。
1.自立式铁塔塔型选择
送电线路铁塔按其在线路中所起的作用不同，可分为：直线塔、耐张塔、转角塔和终端塔；根据结构特点要求，铁塔又有宽基塔和窄基塔之分；按其导线布置，塔头可成为三角形排列与水平排列的铁塔；按线路的回路数又可分为单回路塔和双回路。
宽基塔与窄基塔的选择：宽基塔由于塔的根开大，主材受力可以减少，从而減轻基础上拔力、下压力，以达到降级主材规格的目的，但塔身的斜材和辅助材耗量多，布置复杂。这种塔适用于外荷载大，要求挠度变形小或地质较差的地方。窄基塔可简化结构，但整体的刚度较差，适用于荷载较小，线路通过人口稠密的狭窄地带，窄基塔多采用四脚连线的整体式基础，混凝土用量大。
导线呈三角形与水平排列的铁塔的选择：导线呈三角形排列的铁塔，从三相导线电气对称来说，优于水平排列，线路走廊较小。从运行的技术条件来说，导线采用水平排列时，防雷性能较好，导线不同时脱冰或导线舞动时所造成的碰线机会大大减少。
全面进行技术经济比较时，为了减小线路占用走廊，减少建筑物拆迁，节约投资和钢材，除重冰区、多雷区导线采用水平排列的塔型外，一般采用三角形排列的塔型较好。
双回路铁塔的选择：由于送电线路在同一塔上的两回路同时发生事故的机会不多，倒塔事故更少，采用双回路共塔，比两个单回路塔可节省钢材30％左右，并节省了避雷线及接地装置材料，降低线路造价，减少线路占地面积，但当双回路塔上，其中一回路发生故障进行检修时，而另一回路仍在送电，给维修带来不便，故双回路铁塔用于变电站进线拥挤的狭窄走廊地带和线路走廊受限制的市区、工矿地区。
2.铁塔的结构布置
自立式铁塔大多数是由若干片平面桁架组成的空间结构，整个铁塔主要由塔头、塔身、和塔腿三大部份组成，颈部以上部份称为塔头，一般位于基础上面的第一段塔架称为塔腿，塔头和塔腿之间的桁架称塔身。如图2—1所示。
铁塔的塔身断面多为正方形或矩形的立体桁架，每一处侧面均为平面桁架，立体柱四角的四根杆件称为主材，主材间用斜材连接，为了保证铁塔主柱的几何不变性和杆件的稳定性及减少构件的长细比，而设置了一些辅助材。斜材与主材的连结处或斜材与斜材的连结处称为节点，构件纵向中心线（准线）的交点称为节点的中心，相邻两节间的构件部分称为节间。两节点中心间的距离称为节间长度。
2.1铁塔结构布置的一般要求
1、所有塔型必须根据电气条件要求进行铁塔结构布置，同时要使铁塔在各种工作条件下满足强度、稳定和变形的要求。为保证铁塔自身必要的刚度，按以往设计经验认为塔身(腿) 底部根开(b) 与塔上部高(H) 应保持一定的比值：
耐张型铁塔：b/H ＝1/4～1/6
直线型铁塔：b/H＝1/6～1/8
对窄基铁塔：b/H≈1/11～1/14
对于具有几种坡度的铁塔，其任一截面处的宽高比：即从该截面到塔顶的距离之比也要满足上述要求。
2、为满足施工、制造、运行、检修诸方面条件，在结构布置时还应注意以下几个方面：
(1) 构件断面尽可能用少数型钢组成。
(2) 同一构件尽可能采用同一螺栓孔径，而整个铁塔螺栓孔径应不多于两至三种。
(3) 铁塔主材坡度变化次数应尽量减少。
(4) 尽量避免使用热加工(火曲) ，以免影响材质强度和增加加工和安装难度。
(5) 铁塔构件在安装运输上的分段，应考虑施工人员操作方便及加工厂生产制作的最大允许限度。
(6)各镀锌构件由于受工厂镀锌锅最大容量的限制，一般不超过7m长，断面尺寸不大于600×600mm2 ，构件材料最长不超过7.5m。
(7) 为便于横担部分安装，横担主材断开接头位置，离塔身最好不超过1m。
(8) 尽量考虑预留施工检修安装用孔。
（9）铁塔防腐应采用热镀锌，热镀锌有困难时，可以与运行部门协商改用油漆，在任何情况下都不应采用电镀锌防腐。
（10）铁塔构件如经过火曲处理，应考虑火曲影响，在实际计算时建议其强度减少 15％。
2.2自立式铁塔主材、斜材及横隔材布置
1、铁塔主材布置
主材坡度，一般塔头小一些，从下横担至腿部坡度取大一些，有时为了减轻基础作用力，适应软弱地基要求，而将塔腿部分坡度取更大一些，但一个塔的主材坡度变化应尽量少。为了使各节间主材应力得到充分利用，节省节点钢板材料，主材节间应与斜材布置相协调，各主材节间可布置为不等距，斜材与主材交点在塔身正侧面错开。主材与主材接头宜采用对接内包钢，以避免偏心受力，并保证与主材等强，如需用外包钢，肢宽及厚度应比主材自身加大一级。
2、铁塔斜材布置
塔身斜材一般多采用单斜材、双斜材又称交叉斜材和K型斜材三种，如图2—2、 图2—3 、图2—4 。
单斜材(如图2—2)适用于塔身较窄受力较小的塔型，单斜材结构简化，加工制造和施工安装简便，斜材与主材有利夹角约45度，当有水平材时，此角可略减至35度左右，斜材与主材夹角太小，节点板外伸长，夹角太大节点板又太宽，既不经济，传力也不理想。
双斜材(如图2—3) 适用于塔身较宽和受力较大的塔型。
K型斜材(如图2—4) 只在塔身很宽，而受力又比较大，又想要求塔身具备较大的刚度的塔型中使用，K型斜材相比之下，可减少斜材的计算长度，一般宽基塔的腿部也常采用这种斜材。塔身部分构件的布置亦应注意辅助材对主材节点的支撑作用，一般常用的布置形式如图2—5所示。
3、横隔材布置
为了把各平面桁架组合起来成为一个几何不变形的塔架，或者为了传力的需要，常设置横隔材，横隔材的布置常有如图2—6所亦的各种形式。横隔材的布置一般都是几何不变形的。图2—6 b的形式不能保证塔架横隔面的几何形状，一般不采用，而改为图2—6c和d的形式。横隔面如图2—6a 常用于塔架截面尺寸较小的部位，(c) 及(f) 是铁塔中最常见的形式。横隔面(d) 中的横隔材可以用刚性杆件，也可用柔性杆件。横隔面(g) 则用于横隔面尺寸特别大的跨越高塔上。
3.结语
上述心得为本人在工作设计中的一些理解和看法，我们在进行铁塔结构设计时应注意使结构布置合理，杆件受力明确，传力路径清晰，这样才能在保证结构稳定的同时降低造价，达到最优的设计方案。
参考文献：
郭思顺.架空送电线路设计基础.北京:中国电力出版社，2010.
王生甫.输电线路基础.北京:中国电力出版社，2012.
国家电力公司东北电力设计院.高压送电线路设计手册.北京:中国电力出版社，2003.
关键字：自力式铁塔 结构布置 送电线路
中图分类号：U665.12 文献标识码：A 文章编号：
近年来随着我国电网建设的不断加强，输电线路铁塔得到了前所未有的发展。在电网建设中，架空输电线路的铁塔作为输电路线的重要组成部分，其设计水平的高低直接影响整条线路的质量和造价，影响到电网的安全。笔者认为在进行铁塔结构设计时，首先应从铁塔选型和结构布置入手。
1.自立式铁塔塔型选择
送电线路铁塔按其在线路中所起的作用不同，可分为：直线塔、耐张塔、转角塔和终端塔；根据结构特点要求，铁塔又有宽基塔和窄基塔之分；按其导线布置，塔头可成为三角形排列与水平排列的铁塔；按线路的回路数又可分为单回路塔和双回路。
宽基塔与窄基塔的选择：宽基塔由于塔的根开大，主材受力可以减少，从而減轻基础上拔力、下压力，以达到降级主材规格的目的，但塔身的斜材和辅助材耗量多，布置复杂。这种塔适用于外荷载大，要求挠度变形小或地质较差的地方。窄基塔可简化结构，但整体的刚度较差，适用于荷载较小，线路通过人口稠密的狭窄地带，窄基塔多采用四脚连线的整体式基础，混凝土用量大。
导线呈三角形与水平排列的铁塔的选择：导线呈三角形排列的铁塔，从三相导线电气对称来说，优于水平排列，线路走廊较小。从运行的技术条件来说，导线采用水平排列时，防雷性能较好，导线不同时脱冰或导线舞动时所造成的碰线机会大大减少。
全面进行技术经济比较时，为了减小线路占用走廊，减少建筑物拆迁，节约投资和钢材，除重冰区、多雷区导线采用水平排列的塔型外，一般采用三角形排列的塔型较好。
双回路铁塔的选择：由于送电线路在同一塔上的两回路同时发生事故的机会不多，倒塔事故更少，采用双回路共塔，比两个单回路塔可节省钢材30％左右，并节省了避雷线及接地装置材料，降低线路造价，减少线路占地面积，但当双回路塔上，其中一回路发生故障进行检修时，而另一回路仍在送电，给维修带来不便，故双回路铁塔用于变电站进线拥挤的狭窄走廊地带和线路走廊受限制的市区、工矿地区。
2.铁塔的结构布置
自立式铁塔大多数是由若干片平面桁架组成的空间结构，整个铁塔主要由塔头、塔身、和塔腿三大部份组成，颈部以上部份称为塔头，一般位于基础上面的第一段塔架称为塔腿，塔头和塔腿之间的桁架称塔身。如图2—1所示。
铁塔的塔身断面多为正方形或矩形的立体桁架，每一处侧面均为平面桁架，立体柱四角的四根杆件称为主材，主材间用斜材连接，为了保证铁塔主柱的几何不变性和杆件的稳定性及减少构件的长细比，而设置了一些辅助材。斜材与主材的连结处或斜材与斜材的连结处称为节点，构件纵向中心线（准线）的交点称为节点的中心，相邻两节间的构件部分称为节间。两节点中心间的距离称为节间长度。
2.1铁塔结构布置的一般要求
1、所有塔型必须根据电气条件要求进行铁塔结构布置，同时要使铁塔在各种工作条件下满足强度、稳定和变形的要求。为保证铁塔自身必要的刚度，按以往设计经验认为塔身(腿) 底部根开(b) 与塔上部高(H) 应保持一定的比值：
耐张型铁塔：b/H ＝1/4～1/6
直线型铁塔：b/H＝1/6～1/8
对窄基铁塔：b/H≈1/11～1/14
对于具有几种坡度的铁塔，其任一截面处的宽高比：即从该截面到塔顶的距离之比也要满足上述要求。
2、为满足施工、制造、运行、检修诸方面条件，在结构布置时还应注意以下几个方面：
(1) 构件断面尽可能用少数型钢组成。
(2) 同一构件尽可能采用同一螺栓孔径，而整个铁塔螺栓孔径应不多于两至三种。
(3) 铁塔主材坡度变化次数应尽量减少。
(4) 尽量避免使用热加工(火曲) ，以免影响材质强度和增加加工和安装难度。
(5) 铁塔构件在安装运输上的分段，应考虑施工人员操作方便及加工厂生产制作的最大允许限度。
(6)各镀锌构件由于受工厂镀锌锅最大容量的限制，一般不超过7m长，断面尺寸不大于600×600mm2 ，构件材料最长不超过7.5m。
(7) 为便于横担部分安装，横担主材断开接头位置，离塔身最好不超过1m。
(8) 尽量考虑预留施工检修安装用孔。
（9）铁塔防腐应采用热镀锌，热镀锌有困难时，可以与运行部门协商改用油漆，在任何情况下都不应采用电镀锌防腐。
（10）铁塔构件如经过火曲处理，应考虑火曲影响，在实际计算时建议其强度减少 15％。
2.2自立式铁塔主材、斜材及横隔材布置
1、铁塔主材布置
主材坡度，一般塔头小一些，从下横担至腿部坡度取大一些，有时为了减轻基础作用力，适应软弱地基要求，而将塔腿部分坡度取更大一些，但一个塔的主材坡度变化应尽量少。为了使各节间主材应力得到充分利用，节省节点钢板材料，主材节间应与斜材布置相协调，各主材节间可布置为不等距，斜材与主材交点在塔身正侧面错开。主材与主材接头宜采用对接内包钢，以避免偏心受力，并保证与主材等强，如需用外包钢，肢宽及厚度应比主材自身加大一级。
2、铁塔斜材布置
塔身斜材一般多采用单斜材、双斜材又称交叉斜材和K型斜材三种，如图2—2、 图2—3 、图2—4 。
单斜材(如图2—2)适用于塔身较窄受力较小的塔型，单斜材结构简化，加工制造和施工安装简便，斜材与主材有利夹角约45度，当有水平材时，此角可略减至35度左右，斜材与主材夹角太小，节点板外伸长，夹角太大节点板又太宽，既不经济，传力也不理想。
双斜材(如图2—3) 适用于塔身较宽和受力较大的塔型。
K型斜材(如图2—4) 只在塔身很宽，而受力又比较大，又想要求塔身具备较大的刚度的塔型中使用，K型斜材相比之下，可减少斜材的计算长度，一般宽基塔的腿部也常采用这种斜材。塔身部分构件的布置亦应注意辅助材对主材节点的支撑作用，一般常用的布置形式如图2—5所示。
3、横隔材布置
为了把各平面桁架组合起来成为一个几何不变形的塔架，或者为了传力的需要，常设置横隔材，横隔材的布置常有如图2—6所亦的各种形式。横隔材的布置一般都是几何不变形的。图2—6 b的形式不能保证塔架横隔面的几何形状，一般不采用，而改为图2—6c和d的形式。横隔面如图2—6a 常用于塔架截面尺寸较小的部位，(c) 及(f) 是铁塔中最常见的形式。横隔面(d) 中的横隔材可以用刚性杆件，也可用柔性杆件。横隔面(g) 则用于横隔面尺寸特别大的跨越高塔上。
3.结语
上述心得为本人在工作设计中的一些理解和看法，我们在进行铁塔结构设计时应注意使结构布置合理，杆件受力明确，传力路径清晰，这样才能在保证结构稳定的同时降低造价，达到最优的设计方案。
参考文献：
郭思顺.架空送电线路设计基础.北京:中国电力出版社，2010.
王生甫.输电线路基础.北京:中国电力出版社，2012.
国家电力公司东北电力设计院.高压送电线路设计手册.北京:中国电力出版社，2003.