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轉(zhuǎn)自：明日頭條“四川筑駿建設工程有限公司技術員”

非常說明：本文編撰較早，部份內(nèi)容已更新，僅供參考。

1、桿塔型式及分類

架空輸電纜線路使用的鐵塔，按使用功能可分為直線塔、轉(zhuǎn)角塔、終端塔及換位、分歧等特種塔。

——直線塔是將導線提離地面的塔，又可分為自立塔和拉線塔兩種基本型式。自立塔常用的有高腳杯型、貓發(fā)型、鼓型、干字型等，拉線塔過去常用的則有拉八、拉V、拉門、拉貓型塔。

——轉(zhuǎn)角塔是付與導線以張力的塔，大部是干字型、鼓型塔。

——終端塔

——換位、分歧等特種塔。

▲圖直線塔(杯子型塔)

▲圖直線塔(貓發(fā)型塔)

▲圖直線塔(鼓型塔)

▲圖直線塔(干字型塔)

▲圖直線塔(門型塔)

▲圖直線塔(拉V型塔)

▲圖直線塔(緊湊型塔)

▲圖拐角塔

▲圖終端塔

2、塔型設計的步驟

塔型設計的步驟：

——確認或選擇氣象條件，導、地線鋼號；

——依據(jù)給出的塔型規(guī)劃或按照電流等級及路徑條件規(guī)劃塔型；

——絕緣配合；

——繪制電氣間隙圓、提出負荷條件；

——根據(jù)電氣間隙圓規(guī)劃設計塔頭；

——根據(jù)塔型規(guī)劃完成整塔選型單線圖（包含各類呼稱高）；

——進行負荷組合；

——按鐵塔估算軟件要求輸入估算塔型的所有參數(shù)；

——依據(jù)塔型估算結果勾畫司令圖；

——依據(jù)司令圖完成結布光。

輸電纜線路鐵塔結構內(nèi)力估算剖析完全基于精典熱學，即《理論熱學》、《結構熱學》、《材料熱學》三門熱學的基礎上來進行的。

為此，輸電纜線路鐵塔結構，被看成由理想的鉸接桿件組成的空間桅桿結構。

3、輸電纜線路鐵塔結構估算常用的熱學概念知識

3.1理論熱學——靜力學公理

（1）、二力平衡公理：作用在質(zhì)心上的二力使質(zhì)心平衡的充要條件是：大小相等、方向相反、作用在一條直線上。

（2）、加減平衡力系公理：在作用于質(zhì)心的已知力系中加上或除以任何平衡力系力臂力矩計算公式圖解，并不改變原力系對質(zhì)心的效應。

（3）、力的平行四邊形法則：作用于物體上某一點的兩力，可以合成為一個合力，合力亦作用于該點上，合力的大小和方向可由這兩個力為鄰邊所構成的平行四邊形的對角線確定。

（4）、作用力與反斥力定理：兩物體間的互相斥力總是大小相等、方向相反，沿同仍然線，分別作用在兩個物體上。

靜力學是從公元前三世紀開始發(fā)展，到公元16世紀伽利略奠定動力學基礎為止。人們在使用簡單的工具和機械的基礎上，逐步總結出熱學的概念和公理。比如，從滑輪和杠桿得出扭矩的概念；從斜面得出力的平行四邊形法則等。

阿基米德是使靜力學成為一門真正科學的奠基者。在他的關于平面圖形的平衡和重心的專著中，成立了杠桿理論，而且奠定了靜力學的主要原理。阿基米德得出的杠桿平衡條件是：若杠桿手臂的寬度同其上的物體的重量成正比，則此二物體必處于平衡狀態(tài)。阿基米德是第一個使用嚴密推理來求出平行四邊形、三角形和矩形物體的重心位置的人。

知名的日本藝術家、物理學家和工程師達·芬奇是文藝復興時期首先跳出中世紀瑣碎科學的人，他覺得實驗和運用物理解決熱學問題有巨大意義。他應用扭力法解釋了滑輪的工作原理；應用虛位移原理的概念來剖析起重機構中的滑輪和杠桿系統(tǒng)。

對物體在斜面上的熱學問題的研究，最有戰(zhàn)功的是斯蒂文，他得出并論證了力的平行四邊形法則。靜力學仍然到伐里農(nóng)提出了知名的伐里農(nóng)定律后才完備上去。他和潘索六邊形原理是圖解靜力學的基礎。

剖析靜力學是美國物理家、力學家J．L．拉格朗日提出來的，他在小型專著《分析熱學》中，按照虛位移原理，用嚴格的剖析方式表述了整個熱學理論。虛位移原理早在1717年已由伯努利強調(diào)，而應用這個原理解決熱學問題的方式的進一步發(fā)展和對它的物理研究卻是拉格朗日的戰(zhàn)功。

我國唐代科學家對靜力學有著重大的貢獻．春秋戰(zhàn)國時期偉大的哲學家墨子（墨翟）在他的代表作《墨經(jīng)》中，對杠桿、輪軸和斜面作了剖析，并明晰強調(diào)“衡……長重者下，短輕者上”，提出了杠桿的平衡原理。

靜力學的基本化學量有三個：力、力偶、力矩。

靜力學的基本化學量有三個：力、力偶、力矩。力的概念是靜力學的基本概念之一。經(jīng)驗證明，力對已知物體的作用療效決定于：力的大小(即力的硬度)；力的方向；力的作用點。一般稱它們?yōu)榱Φ娜亍ＡΦ娜乜梢杂靡粋€有向的線段即矢量表示。

凡大小相等方向相反且作用線不在仍然線上的兩個力稱為質(zhì)心，它是一個自由矢量，其大小為力除以二力作用線間的距離，即力臂。

靜力學只研究最簡單的運動狀態(tài)——平衡。

靜力學的全部內(nèi)容是以幾條公理為基礎推理下來的。那些公理是人類在常年的生產(chǎn)實踐中積累上去的關于力的知識的總結，它反映了作用在質(zhì)心上的力的最簡單最基本的屬性，那些公理的正確性是可以通過實驗來驗證的。

靜力學的研究方式有兩種：一種是幾何的方式，稱為幾何靜力學或稱初等靜力學；另一種是剖析方式，稱為剖析靜力學。

幾何靜力學可以用解析法，即通過平衡條件式用代數(shù)的方式求解未知約束反斥力；也可以用圖解法，即以力的六邊形原理，用幾何畫圖的方式來研究靜力學問題。

3.2結構熱學

截面法

節(jié)點法

3.3材料熱學

軸心受力預制構件壓桿軸向壓力/(穩(wěn)定系數(shù)×面積)≦強度設計值

拉桿軸向拉力/凈面積≦強度設計值

3.4桅桿的估算

桅桿特征：由直桿用合頁連接而成，在結點載荷作用下，各桿只有軸力。

結點法

取結點為分離體――平面匯交力系

求解方式：

（1）求解支座反力，零桿判定；

因幾何組成的不同而不一定是必須的力臂力矩計算公式圖解，零桿判斷后，可以大大簡化求解。

（2）再選定只含二個未知力的結點。順次取二個未知力的結點分離體可求解每位桿的內(nèi)力。

（3）結點分離體中，未知軸力設為拉力（正），結果為負時表示與所設方向相反。已知力通常按實際方向畫，標明其數(shù)值的絕對值，則平衡多項式構建時看圖確定其正負。

零桿的判定：

三角構造內(nèi)的輔助性桿件都是零桿。（如圖所示）

截面法

用截面切斷擬求預制構件，取交叉斜材的交叉點為扭力中心，所有外力對這個中心取矩構建平衡多項式中只有一對大小相同方向相反的未知力。

例：試估算塔身如圖所示輔材內(nèi)力。

解：先估算支座反力。

求出反力后，從包含二桿的結點開始，逐次截取各結點求出各桿的內(nèi)力。

分離體為平面匯交力系。通常用投影二個等式可求解

靈活運用

（1）結點法、截面法可以聯(lián)合使用；

（2）零桿判定應充分借助，可以簡化估算。

（3）借助對稱性。

4、桿塔載荷

按性質(zhì)分

永久載荷：塔架自重、導相線、金具、絕緣子自重及其它固定設備的重力。

可變載荷：風載荷、覆冰載荷、電線張力、施工及檢修的臨時載荷。

特殊載荷：斷線所造成的載荷、地震所造成的載荷。

按作用方向分可將它們分解成作用于塔架上的

縱向載荷：風載荷、角度載荷。

橫向載荷：風載荷、張力載荷。

垂直載荷：重力載荷。

結構或預制構件的承載力極限狀態(tài)設計表達式：

γ。(γG·CG·GK+ψ·∑γQi·CQi·QiK)≤R

式中：

γ。----結構重要性系數(shù)

γG----永久載荷分項系數(shù)（對結構受力有利取1.0，不利取1.2)

CG----永久載荷的載荷效應系數(shù)

GK----永久載荷標準值

ψ----可變載荷組合系數(shù)(正常運行情況取1.0，220斷線及各級電流的安裝取0.9，各級電流的驗算和110斷線取0.75）

γQi----可變載荷分項系數(shù)取1.4

CQi----可變載荷的載荷效應系數(shù)

QiK----可變載荷標準值

R----結構預制構件的抗力設計值

其中：CG、CQi載荷效應系數(shù)，在GBJ9-87《建筑結構載荷規(guī)范》荷載效應組合的設計值公式中注①中的解釋：載荷效應系數(shù)為結構或預制構件中的效應（如內(nèi)力、應力等）與形成該效應載荷的比值。

內(nèi)力

CG·GK即--------·荷載

載荷

故：1992年全省鋼結構標委會和鋼規(guī)標準管理組主持編撰的GBJ17-88《鋼結構設計規(guī)范》全國學習研討班系統(tǒng)課件,將設計表達式敘述為：

永久載荷項中CG·Gk即效應系數(shù)·標準值用SGk永久載荷效應值（即內(nèi)力）表示

可變載荷項中CQi·Qik即效應系數(shù)·標準值用SQik可變載荷效應值（即內(nèi)力）表示

載荷效應值即結構預制構件的內(nèi)力

即用SGk、SQik表示內(nèi)力

另：設計表達式

S載荷效應(內(nèi)力)設計值的總合≤R結構預制構件抗力設計值

式中:

兩側(cè)項Rk/γR表示為結構抗力標準值Rk乘以抗力分項系數(shù)γR即為抗力設計值R

GBJ17-88《鋼結構設計規(guī)范》講義并強調(diào)：

從二階矩設計法表達式，轉(zhuǎn)化為實用設計表達式的過程中，主要的是從二階矩法等效地確定出各分項系數(shù)和組合值系數(shù)。這種系數(shù)起著相當于β值的作用。

GBJ68-84《建筑結構設計統(tǒng)一標準》規(guī)定了各項系數(shù)的取值。

目前規(guī)定的全套分項系數(shù)是經(jīng)過優(yōu)化找出的最佳匹配取值，使按實用設計表達式設計的各類結構預制構件的實際β與規(guī)定的β在總體上偏差最小。

在載荷分項系數(shù)統(tǒng)一規(guī)定條件下，對鋼結構預制構件抗力分項系數(shù)進行剖析，使所設計的鋼結構預制構件的實際β值與規(guī)定的β值差值最小。

經(jīng)過調(diào)整，γR統(tǒng)一取：3號鋼、16Mn、16Mnq鋼，γR=1.087

GB50017—2003在條文說明中改為Q235取γR=1.087,Q345取γR=1.111

鋼結構設計取鋼材屈服硬度作為硬度極限。（GBJ17-88）規(guī)范規(guī)定，伸長率、壓、彎硬度設計值分別為（fk/γR）

其中

fk：為硬度設計標準值（GBJ17-88表示為fy）

γR：為抗力分項系數(shù)

如下所示

因此從、以及架空送電纜線路塔架結構設計技術規(guī)定（報批稿），無一例

外省都直接列舉鋼材硬度設計值，無須設計者再重復此項估算。

傳統(tǒng)上采用撓度方式抒發(fā)和估算，可將

進行改寫

式中右側(cè)的抗力標準值Rk=ak·fk

這兒的ak為截面幾何參數(shù)標準值

fk為材料硬度標準值

則有：Rk/γR=ak·fk/γR

由于：伸長率、壓、彎硬度設計值為fk/γR=f

則：Rk/γR=ak·f

GBJ17-88《鋼結構設計規(guī)范》講義強調(diào)，這樣就可用傳統(tǒng)上的撓度方式抒發(fā)和估算，故可寫出：

因而DL/T5092-1999

γ。(γG·CG·GK+ψ·∑γQi·CQi·QiK)≤R表達式寫入《架空送電纜線路塔架結構設計技術規(guī)定》時

由γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤R

γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤Rk/γR

可寫成表達式：γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤ak·f

直觀的抒發(fā)為撓度方式表達式：σ=[γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)]/ak≤f

明天GB50504-2010《110kV~750kV架空輸電纜線路設計規(guī)范》11.2.就直接將結構或預制構件的承載力極限狀態(tài)寫成:

γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤R

不再重復傳統(tǒng)的抒發(fā)形式.

故

γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤Rk/γR

寫成表達式：

γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)≤ak·f

我們常用的直觀的抒發(fā)：σ=[γ。(γG·SGk+ψ∑γQi·SQik)]/ak≤f

5、塔型選型的必要條件

1電流等級

2回路數(shù)

3導、地線鋼號

4導線排列方法

5基本呼稱高及其規(guī)劃使用的塔高

6電氣間隙圓

7相線保護角

8電氣負荷

其中電氣間隙圓的確定在于以下條件：

雷電過電流（風速10m/s）

操作過電流（1/2最大設計風速）

工頻電流（最大設計風速）

這兒有一個絕緣配合設計的基本概念問題

1塔架上的絕緣配合設計：就是按正常運行電流（工頻電流）、內(nèi)過電流（操作過電流）、及外過電流（雷電過電流）確定絕緣子型式及片數(shù)以及在相應的風速條件下導線對塔架的空氣間隙距離。

2檔距中央導線及相線間的絕緣配合設計：就是按外過電流（雷電過電流）確定檔距中央導線及相線間的空氣間隙距離。

3檔距中央導線對地及對各被跨越物的絕緣配合設計：就是按照內(nèi)過電流（操作過電流）及外過電流（雷電過電流）的要求，確定導線對地及對各跨越物的最小容許間隙距離。

對超高壓線路，除按此項要求考慮對地最小容許間隙距離外，尚應滿足地面靜電場強影響所需對地最小容許間隙距離的要求。

4檔距中央不同相導線間的絕緣配合設計：即按正常運行電流（工頻電流）并計及導線振蕩的情況，確定不同相導線間的最小距離。

其中1、2、4影響著塔頭規(guī)格的確定，3則控制著鐵塔標準呼稱高的選擇。

絕緣子串寬度的確定：

絕緣子串風壓的估算：

W1=W0·μZ·As

式中：

W1—絕緣子串風壓

W0—基準風壓標準值，W0=V2/1600kN/m2

μZ—風壓高度變化系數(shù):

As—絕緣子串風壓面積

單盤盤徑254mm每片取0.02m2

盤面徑及雙盤徑0.03m2

金具另件單導線縫每串取0.03m2

兩分裂導線每串取0.04m2

3~4分裂導線每串取0.05m2

雙聯(lián)可取單聯(lián)的1.5~2.0倍

導線風壓的估算：

式中：WX——垂直于導線及相線方向的水平風載荷標準值(kN)；

α——風壓不均勻系數(shù)，應按照設計基本風速，按表1的規(guī)定確定，當校準塔架電氣間隙時，α隨水平檔距變化取值按表2的規(guī)定確定；

βc——500kV和750kV線路導線及相線風載荷調(diào)整系數(shù)，僅用于估算作用于塔架上的導線及相線風載荷(不含導線及相線張力弧垂估算和風偏角估算)，βc應按表1的規(guī)定確定，其他電壓級的線路βc取1.0；

μz——風壓高度變化系數(shù)；

μsc——導線或相線的身材系數(shù)，線徑大于17mm或覆冰時(不論線徑大小)應取μsc＝1．2；線徑小于或等于17mm，μsc取1.1；

d——導線或相線的直徑或覆冰時的估算直徑；分裂導線取所有子導線直徑的總和(m)；

Lp——桿塔的水平檔距(m)；

B——覆冰時風載荷減小系數(shù)，5mm冰區(qū)取1.1，10mm冰區(qū)取1.2；

θ——風向與導線或相線方向之間的傾角(°)；

WO——基準風壓標準值(kN／m2)；

V——基準高度為10m的風速(m／s)。

表1風壓不均勻系數(shù)α和導相線風載荷調(diào)整系數(shù)βc

注：對尾纖估算，α宜取1．0。

表2風壓不均勻系數(shù)α隨水平檔距變化取值

垂直載荷的估算

1)估算風偏角時按KV值，即用LV/LH之比：

平地通常取0.75

丘陵及低山取0.65~0.75

山地及大山取0.55~0.65

2)算鐵塔結構硬度則是取設計規(guī)劃的水平檔距和垂直檔距

懸垂串搖擺角的估算：

式中:

Φ----風偏角

P1----串風壓N

P----相應條件下導線風載荷N/m

LH----水平檔距

G1----串自重

W1----導線自重

LV----垂直檔距

塔架風載荷的標準值，應按下式估算：

式中：WS——桿塔風載荷標準值(kN)；

μs——構件的身材系數(shù)；

AS——構件承受風壓的投影面積估算值(m2)；

βz——桿塔風載荷調(diào)整系數(shù)。塔架風載荷調(diào)整系數(shù)βz應符合下述規(guī)定：

1)塔架設計時，當塔架全高不超過60m，塔架風載荷調(diào)整系數(shù)βz(用于塔架本身)應按下表的規(guī)定對全高采用一個系數(shù)；當塔架全高超過60m，塔架風載荷調(diào)整系數(shù)βz應按現(xiàn)行國家標準《建筑結構載荷規(guī)范》GB50009采用由下到上逐段減小的數(shù)值，但其加權平均值對自立式鐵塔不應大于1.6，對單柱拉線塔架不應大于1.8。

2）設計基礎時，當塔架全高不超過60m，塔架風載荷調(diào)整系數(shù)βz應取1.0；當塔架全高超過60m，宜采用由下到上逐段減小的數(shù)值，但其加權平均值對自立式鐵塔不應大于1.3。

表塔架風載荷調(diào)整系數(shù)βz(用于塔架本身)

注：1中間值按插入法估算。

2對自立式鐵塔，表中數(shù)值適用于高度與根開之比為4～6。

負荷組合（工況組合）

正常情況：

(直線塔估算90°、0°、60°、45°大風、覆冰)

（拐角塔還應估算與角度力相反方向90°風吹）

（終端和拐角還要估算最低溫度）

斷線情況（車禍、張力差）

安裝情況（導線安裝、地線安裝）

張力放線條件下直線塔要考慮錨線，錨線對地角通常不小于20°

驗算情況（坐落基本水災烈度九度以上地區(qū)的各種塔架應進行抗震驗算，風載荷取最大設計值的30%，無冰、未斷線。）

材料

塔架用鋼材通常采用Q235B、Q345B，須要時可采用Q420B。

塔架結構的基本規(guī)定

1鐵塔應力（5m/s、年平均溫度）

直線自立鐵塔3h/1000

拐角及終端自立鐵塔7h/1000

2鋼結構預制構件容許最大的撓度

受壓輔材L0/r≤150

受壓材K·L0/r≤200

輔助材K·L0/r≤250

受拉材L0/r≤400

式中：

K——構件撓度修正系數(shù)，按規(guī)定附表D確定；

L0——構件估算寬度；

r——回轉(zhuǎn)直徑。

6、構件估算（軸心受力）

硬度

N/An≤m·f

式中：

N——軸心拉力或軸心壓力，N；

An——構件凈截面積，mm2，多排螺絲要考慮鋸齒形截面破壞；

m——構件硬度折減系數(shù)；

受拉預制構件：雙肢聯(lián)接的型鋼和中心聯(lián)接鐵管預制構件m=1.0

偏心聯(lián)接鐵管預制構件m=0.85

單肢聯(lián)接的型鋼預制構件(肢寬﹥40mm)m=0.70

雙肢聯(lián)接的型鋼預制構件(肢寬≤40mm)m=0.55

受壓預制構件：雙肢聯(lián)接的型鋼和中心聯(lián)接鐵管預制構件m=1.0

單肢聯(lián)接的型鋼和偏心聯(lián)接鐵管預制構件m=0.85

組合斷面預制構件(無偏心)m=1.0

組合斷面預制構件(有偏心)m=0.85

f——鋼材的硬度設計值,N/mm2。

穩(wěn)定

N/（Φ·A）≤mn·f

式中：

N——軸心壓力，N；

Φ——受壓預制構件穩(wěn)定系數(shù)，按估算撓度Kλ=L0/r，查Φ表。

式中：K是λ（撓度）的修正系數(shù)（見附表D）

A——構件毛截面面積，mm2；

mn——壓桿穩(wěn)定硬度折減系數(shù)；

f——鋼材的硬度設計值,N/mm2。

另：DL/T5154-2002《架空送電纜線路塔架結構設計技術規(guī)定》中第36頁表8.1.7-2序號8、9的圖示桿件布置方式（即平曲軸）不建議使用。

7、連接估算

螺絲聯(lián)接

受剪狀態(tài)

承剪承載力N=n·（π·d2/4）·f

承壓承載力N=d·Σt·f

式中:

N——承載力

n——承剪面數(shù)

Π·d2/4——面積

f——強度設計值

d——螺桿半徑

Σt——板厚

熔池聯(lián)接

1）對接熔池

承載力σ=N/Lw·t≤f

式中:

σ——應力

N——軸向力

Lw——焊縫

t——板厚

f——強度設計值

2）角熔池

承載力σ=N/he·Lw≤f

式中:he——焊縫有效高度，對直角熔池取0.7h。

8、塔手掌

式中：

M——力·力臂

W——截面幾何熱阻，即bh2/6。

其它有集中載荷的預制構件

假如是壓桿，第一項則由穩(wěn)定參與分晰；

假如無軸力，第一項則取消。

9、構造要求

1）單雙槽鋼過渡節(jié)點上下質(zhì)心相交于一點，力求降低偏心；

2）力的傳遞應直接通達節(jié)點；

3）傳力輔材應盡可能做到雙面?zhèn)髁Γ?span style="display:none">1gN物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))

4）在同一區(qū)間內(nèi)，主、斜材接頭不應設在同一水平面；

5）連接受力桿件的螺絲≥16mm；

6）輔材接頭螺母≥6個，斜材≥5個

7）變坡處應設橫隔面，設置寬度通常不小于5倍厚度，也不宜小于4個輔材分段。受力橫隔面必須是幾何不變體系；

8）節(jié)點板≥小桿件肢厚；

9）掛點附近應加設安裝孔；

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