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[摘 要]钢管塔是一种新型的塔形，它与传统的水泥塔和角钢塔相比，它具有设计简单、安装简易、稳定性好、外形美观等优势，已经逐渐的代替传统塔形，广泛应用在高压输电线路中。
[关键词]输电线路；钢管塔；结构力学；优越性
中图分类号：TG262 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0043-01
一、钢管塔在输电线路中的应用
我国幅员辽阔，地势地貌形态各异，电力工程输电线路的敷设环境复杂，施工难度大，经常要穿越江河、山谷等自然屏障，面对这样的自然环境，需要采用高耸的钢管塔作为悬挂电缆的载体，输电线路中的钢管塔是采用钢管或圆钢、型钢等材料构成，与传统的铁塔相比，具有耗钢量小、构造简单、施工方便等优势，与角钢塔相比，具有刚度大、风压小、结构简单、美观、承载力大等优势。运行实践表明，钢管塔在极端气候条件下抵抗自然灾害的能力明显高于角钢塔。
20世纪70年代，在欧美一些发达国家，钢管塔就被广泛应用在电力建设中，且起到了对电网很强的支撑作用，社会经济效益明显。在国外超高压、特高压输电线路中，钢管结构也已经得到广泛应用，日本在1000KV特高压线路及高塔中几乎全部使用了钢管塔，我国的钢管塔结构大多使用在大跨越高塔及500KV双回路线路塔及部分变电构架中，另外在我国许多城市建设的10-110KV输电线路中，广泛使用钢管塔。从 20世纪 80年代末期开始， 钢管结构以其良好的截面特性、简洁的结构、美观的外型被各个设计院研究并应用于大跨越工程中， 华东院在1974完成设计的南京热电厂送出跨越长江的燕子矶大跨越工程中第一次将钢管结构用于系列大型输电塔（拉线钢管塔、柔性拉条钢管塔，193m）上，并在全国科学技术大会上获得“全国科学技术进步奖”。
尤其是，随着大型城市建设步伐的加快，城市用电量增长迅速，城区输变电工程数量增多，市政建设道路修扩以及地块开发，要求线路迁移数量也增多。城区、市郊、开发区线路工程虽然一般都不长，但线路走廊紧张，规划要求特别高，跨越与其临近建筑物也较多，工程的设计、施工与传统线路有较大的不同。钢管杆以其占地小，基础不影响其他管线的敷设，不影响土地开发，装置设计简单灵活等优点，深得社会各界的认同，钢管杆线路目前处于主导地位。
二、钢管塔的应用原则
1、满足下列条件的220KV及以上大荷载杆塔，经比较具有技术经济优势时，应推广应用钢管塔： ①高度超过 80m的杆塔。②220kV 及以上电压等级的同塔双回、多回线路铁塔。③大跨越线路铁塔。④采用多分裂、大截面导线，设计风速高、承受荷载大的杆塔。原则上对计算中出现4组合角钢塔，宜采用钢管塔设计，出现双组合角钢的塔杆，可采用钢管塔设计。
2、走廊狭窄或有景观要求的特殊地区，宜采用钢管塔。
三、钢管塔力学分析的相关问题
1、钢管塔的载荷情况
钢管塔的载荷情况包括永久性和可变性两大类。永久荷载包括塔杆自重、导地线和绝缘子及其附件的重力荷载。按字面即可理解，永久荷载是指在使用期间，其荷载值不变，或其微小的变化与平均值相比可忽略不计。可变荷载包括风荷载、覆冰荷载、张力荷载、附加荷载等，可变荷载值随着时间不断变化。根据外界环境与地势地貌，钢管塔的载荷情况不尽相同，风力大小、温度等因素都可以影响其载荷值，所以，对气候环境较为恶劣地区，必须考虑到其各种载荷相互组合情况，从而精确计算出钢管塔的要求等级。
2、钢管塔的连接方式
在工程建设中，钢管塔是由多个钢管连接而成，其中连接处是由螺栓和过节点板完成的，连接钢管塔的连接方式大致分为四种，包括T型接头、I型接头、槽型接头和U型接头。各种接头的稳定系数不同，存在一定的差异，T型、槽型、U型接头三者相比，由于U型接头的构造无偏心，所以U型接头的承载能力要高于前两者，它的连接螺栓为双剪，可在连接时，减少螺栓的数量，但缺点是制造工艺相对复杂。而I型连接的接头稳定性较差，所以在工程施工中一般不使用。
3、钢管塔的截面系数
根据公式可以计算出，相同截面积的钢管塔和角钢塔，抗弯系数和抗扭系数，钢管塔均大于角钢塔，并且，钢管塔截面的风载体型系数要小于角钢塔，说明钢管塔的承载能力和截面受力情况均要胜过角钢塔。
4、钢管塔的整体有限元分析
钢管塔主弦杆的连接大多用法兰盘，与腹杆连接时使用U形板，插接板焊接在腹杆上，再利用螺栓将插接板和U型板固定形成了节点，这样增强了构件的约束。如果将铁塔完全建成刚架模型的梁单元会导致塔体刚度过强，不符合铁塔真实的受力情况；如果完全建成桁架模型的杆单元又忽略了主杆弯矩带来的影响，且导致塔架许多部位几何可变，这同样不合理，所以建立杆梁混合单元的模型最能准确地反应铁塔的真实受力情况。
5、钢管塔的局部强度分析
钢管塔的关键部位，即结点的分析和处理，现有理论还比较粗糙，存在着较大的不合理性。尤其钢管结构的结点在受力时可能引起的主钢管局部屈曲的问题，还有许多值得商榷之处。例如《建筑钢结构设计手册》中相关计算公式偏于保守，有些假定比较粗糙，对钢管塔关键部位可以进行有限元分析，将这些局部位置设成壳单元，对于钢管的有效利用，以及结构的进一步优化有极大的推进作用。
四、钢管塔的构造要求
钢管塔虽然在设计简单，结构并不复杂，但由于其处于复杂的地理环境，节点部位的受力情况复杂，因素众多，特别是对导、地线挂点处，横担和塔身连接处，塔身变坡处，塔腿底板处等部位，必须进行严密考量和特殊的处理，设计结构必须达到标准，避免受力不均等安全隐患的存在。
（1）对于大于 8mm插板焊接前需要进行剖口，对于大于 20mm 的钢板焊接要有预热措施；
（2）对于薄壁钢管与厚板的焊接，其焊缝高度不能太高，避免破坏母材，影响钢管的承载能力；
（3）对于塔腿法兰、加劲板和地脚螺栓布置要注意碰撞检查；
（4）当相贯焊接时，宜在斜材的根部应开一个排水孔，一方面有利于镀锌时的漏锌，另一方面，利于雨水的排空，避免根部的电腐蚀和冬季低温冰胀现象的产生；
（5）对于交叉斜材交叉点的相贯接头，应适当加大其中不开段一节的直径，避免两钢管等径相贯，造成两管均开段的现象；
（6）注意塔体附属设施和主体结构的连接，附属设施处满足强度要求以外，还应满足变形要求，尤其是对于走道、平台、爬梯宜都适当考虑舒适度的要求。
另外钢管塔的结构特点是构件数量较少，杆件长度较长，单件重量较重，在结构设计和施工图制作过程中需要充分考虑加工、施工、运行等方面的因素，尽量为加工、施工和运行提供方便。例如在加工上要考虑加工厂的锻压设备的压制能力、镀锌槽的尺寸大小、加工厂的吊车吨位等一些具体的受控情况； 对于施工要求需要考虑主材和斜材上增设登塔脚钉、在横材上加装水平走动扶手用的拉索、在主材的内侧增设组塔用抱杆承托绳的挂孔、在杆件上增设吊装用的吊孔、在横担、顶架上增设挂件在适当的位置开段、在横担头部增设挂线、紧线用安装孔、安装件等，还应将施工图会审中运行单位提出的合理化建议进行消化，并体现在施工图中。
总结：在输电线路钢管塔的应用不仅能够保障电力运行安全，还能够节省占地面积、降低维护成本，在经济技术上与传统的铁塔相比，具有很强的优越性， 应大力推广，将钢管塔广泛应用于电力建设中。
参考文献
[1] 刘振亚.输电线路钢管塔通用设计[M].北京：中国电力出版社，2010
[2] DL/T 5154-2002，架空送电线路杆塔结构设计技术规定
[3] GBJ50017-2003，钢结构设计规范[S].
[4] JISG 3474-1995，铁塔用高强度钢管[S].
[关键词]输电线路；钢管塔；结构力学；优越性
中图分类号：TG262 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）44-0043-01
一、钢管塔在输电线路中的应用
我国幅员辽阔，地势地貌形态各异，电力工程输电线路的敷设环境复杂，施工难度大，经常要穿越江河、山谷等自然屏障，面对这样的自然环境，需要采用高耸的钢管塔作为悬挂电缆的载体，输电线路中的钢管塔是采用钢管或圆钢、型钢等材料构成，与传统的铁塔相比，具有耗钢量小、构造简单、施工方便等优势，与角钢塔相比，具有刚度大、风压小、结构简单、美观、承载力大等优势。运行实践表明，钢管塔在极端气候条件下抵抗自然灾害的能力明显高于角钢塔。
20世纪70年代，在欧美一些发达国家，钢管塔就被广泛应用在电力建设中，且起到了对电网很强的支撑作用，社会经济效益明显。在国外超高压、特高压输电线路中，钢管结构也已经得到广泛应用，日本在1000KV特高压线路及高塔中几乎全部使用了钢管塔，我国的钢管塔结构大多使用在大跨越高塔及500KV双回路线路塔及部分变电构架中，另外在我国许多城市建设的10-110KV输电线路中，广泛使用钢管塔。从 20世纪 80年代末期开始， 钢管结构以其良好的截面特性、简洁的结构、美观的外型被各个设计院研究并应用于大跨越工程中， 华东院在1974完成设计的南京热电厂送出跨越长江的燕子矶大跨越工程中第一次将钢管结构用于系列大型输电塔（拉线钢管塔、柔性拉条钢管塔，193m）上，并在全国科学技术大会上获得“全国科学技术进步奖”。
尤其是，随着大型城市建设步伐的加快，城市用电量增长迅速，城区输变电工程数量增多，市政建设道路修扩以及地块开发，要求线路迁移数量也增多。城区、市郊、开发区线路工程虽然一般都不长，但线路走廊紧张，规划要求特别高，跨越与其临近建筑物也较多，工程的设计、施工与传统线路有较大的不同。钢管杆以其占地小，基础不影响其他管线的敷设，不影响土地开发，装置设计简单灵活等优点，深得社会各界的认同，钢管杆线路目前处于主导地位。
二、钢管塔的应用原则
1、满足下列条件的220KV及以上大荷载杆塔，经比较具有技术经济优势时，应推广应用钢管塔： ①高度超过 80m的杆塔。②220kV 及以上电压等级的同塔双回、多回线路铁塔。③大跨越线路铁塔。④采用多分裂、大截面导线，设计风速高、承受荷载大的杆塔。原则上对计算中出现4组合角钢塔，宜采用钢管塔设计，出现双组合角钢的塔杆，可采用钢管塔设计。
2、走廊狭窄或有景观要求的特殊地区，宜采用钢管塔。
三、钢管塔力学分析的相关问题
1、钢管塔的载荷情况
钢管塔的载荷情况包括永久性和可变性两大类。永久荷载包括塔杆自重、导地线和绝缘子及其附件的重力荷载。按字面即可理解，永久荷载是指在使用期间，其荷载值不变，或其微小的变化与平均值相比可忽略不计。可变荷载包括风荷载、覆冰荷载、张力荷载、附加荷载等，可变荷载值随着时间不断变化。根据外界环境与地势地貌，钢管塔的载荷情况不尽相同，风力大小、温度等因素都可以影响其载荷值，所以，对气候环境较为恶劣地区，必须考虑到其各种载荷相互组合情况，从而精确计算出钢管塔的要求等级。
2、钢管塔的连接方式
在工程建设中，钢管塔是由多个钢管连接而成，其中连接处是由螺栓和过节点板完成的，连接钢管塔的连接方式大致分为四种，包括T型接头、I型接头、槽型接头和U型接头。各种接头的稳定系数不同，存在一定的差异，T型、槽型、U型接头三者相比，由于U型接头的构造无偏心，所以U型接头的承载能力要高于前两者，它的连接螺栓为双剪，可在连接时，减少螺栓的数量，但缺点是制造工艺相对复杂。而I型连接的接头稳定性较差，所以在工程施工中一般不使用。
3、钢管塔的截面系数
根据公式可以计算出，相同截面积的钢管塔和角钢塔，抗弯系数和抗扭系数，钢管塔均大于角钢塔，并且，钢管塔截面的风载体型系数要小于角钢塔，说明钢管塔的承载能力和截面受力情况均要胜过角钢塔。
4、钢管塔的整体有限元分析
钢管塔主弦杆的连接大多用法兰盘，与腹杆连接时使用U形板，插接板焊接在腹杆上，再利用螺栓将插接板和U型板固定形成了节点，这样增强了构件的约束。如果将铁塔完全建成刚架模型的梁单元会导致塔体刚度过强，不符合铁塔真实的受力情况；如果完全建成桁架模型的杆单元又忽略了主杆弯矩带来的影响，且导致塔架许多部位几何可变，这同样不合理，所以建立杆梁混合单元的模型最能准确地反应铁塔的真实受力情况。
5、钢管塔的局部强度分析
钢管塔的关键部位，即结点的分析和处理，现有理论还比较粗糙，存在着较大的不合理性。尤其钢管结构的结点在受力时可能引起的主钢管局部屈曲的问题，还有许多值得商榷之处。例如《建筑钢结构设计手册》中相关计算公式偏于保守，有些假定比较粗糙，对钢管塔关键部位可以进行有限元分析，将这些局部位置设成壳单元，对于钢管的有效利用，以及结构的进一步优化有极大的推进作用。
四、钢管塔的构造要求
钢管塔虽然在设计简单，结构并不复杂，但由于其处于复杂的地理环境，节点部位的受力情况复杂，因素众多，特别是对导、地线挂点处，横担和塔身连接处，塔身变坡处，塔腿底板处等部位，必须进行严密考量和特殊的处理，设计结构必须达到标准，避免受力不均等安全隐患的存在。
（1）对于大于 8mm插板焊接前需要进行剖口，对于大于 20mm 的钢板焊接要有预热措施；
（2）对于薄壁钢管与厚板的焊接，其焊缝高度不能太高，避免破坏母材，影响钢管的承载能力；
（3）对于塔腿法兰、加劲板和地脚螺栓布置要注意碰撞检查；
（4）当相贯焊接时，宜在斜材的根部应开一个排水孔，一方面有利于镀锌时的漏锌，另一方面，利于雨水的排空，避免根部的电腐蚀和冬季低温冰胀现象的产生；
（5）对于交叉斜材交叉点的相贯接头，应适当加大其中不开段一节的直径，避免两钢管等径相贯，造成两管均开段的现象；
（6）注意塔体附属设施和主体结构的连接，附属设施处满足强度要求以外，还应满足变形要求，尤其是对于走道、平台、爬梯宜都适当考虑舒适度的要求。
另外钢管塔的结构特点是构件数量较少，杆件长度较长，单件重量较重，在结构设计和施工图制作过程中需要充分考虑加工、施工、运行等方面的因素，尽量为加工、施工和运行提供方便。例如在加工上要考虑加工厂的锻压设备的压制能力、镀锌槽的尺寸大小、加工厂的吊车吨位等一些具体的受控情况； 对于施工要求需要考虑主材和斜材上增设登塔脚钉、在横材上加装水平走动扶手用的拉索、在主材的内侧增设组塔用抱杆承托绳的挂孔、在杆件上增设吊装用的吊孔、在横担、顶架上增设挂件在适当的位置开段、在横担头部增设挂线、紧线用安装孔、安装件等，还应将施工图会审中运行单位提出的合理化建议进行消化，并体现在施工图中。
总结：在输电线路钢管塔的应用不仅能够保障电力运行安全，还能够节省占地面积、降低维护成本，在经济技术上与传统的铁塔相比，具有很强的优越性， 应大力推广，将钢管塔广泛应用于电力建设中。
参考文献
[1] 刘振亚.输电线路钢管塔通用设计[M].北京：中国电力出版社，2010
[2] DL/T 5154-2002，架空送电线路杆塔结构设计技术规定
[3] GBJ50017-2003，钢结构设计规范[S].
[4] JISG 3474-1995，铁塔用高强度钢管[S].