高压输电线路铁塔结构设计分析

高压输电线路铁塔结构设计分析

卢燕坤

（广西泰能工程咨询有限公司）

摘要:高压输电线路中，铁塔是其中最常见的一种输电设施，起到了支撑还有保护高压输电线的作用。文中，笔者对高压输电线路铁塔进行了简要的概述，随后分析了高压输电线路铁塔的设计结构。

关键词：高压输电线路铁塔结构设计基本原则要点

引言：在现代电力系统中，高压输电线铁塔起到了非常重要的作用。它是架起和保护高压输电线路的重要组成部分，其设计结构是否合理，直接关系到电力系统运行的安全与发展。目前我国电力事业发展迅速，对铁塔的设计结构也有了更高的要求。

一高压输电线路铁塔概述

在我国的经济建设中，远距离的电力输送主要运用高压输电线路，高压输电线路已经成为了目前我国经济建设中的主要命脉。高压输电线路中的铁塔主要起到支撑和保护高压输电线路的作用，使高压输电线路上的避雷针以及导线可以保持在安全距离之内，同时使的地面上的跨越物以及其他的建筑物可以与高压导线处在安全距离之内。

导线的自重、其上的覆冰以及风载、还有年平均气温对其的影响，都是铁塔本身需要承受的荷载。一定情况下，风的作用会使得导线发生微幅的震动，这种震动会直接引起塔身震动，风力比较大时，铁塔可能会由于震动而造成塔身的破坏。为了避免这种情况的发生，铁塔一般都需要确保自身有足够抗破坏的轻度。还有一些特殊的原因，例如导线产生断裂，面对这种情况，铁塔是否有足够的强度来应对由于导线断裂而造成的塔身破坏，这也是铁塔性能的一个重要的衡量标准。

由于我国输电电压等级的不断提高，铁塔的体积和重量都随之越来越大，很多地区都建成了500kV的输电网，而且其电压等级还在逐渐增加，很多山区还有需要过江等的一些大跨越的铁塔的应用，对现下的铁塔提出了更高的要求。不同位置上起到不同作用的铁塔，分类也不同。例如直线塔、耐张塔、终端塔以及转角塔等等。由于铁塔的形状和结构的不同，外型上也有很大的不同，例如酒杯型铁塔、干字型铁塔或者是猫头型铁塔。材料上的不同，铁塔的种类也会不同，例如钢管焊接螺栓铁塔还有角钢钢板螺栓铁塔等。

我国的角钢钢板螺栓铁塔，主要有角钢和钢板等部件，螺栓将这些部件连接在一起，局部应用少量的焊接部件，底座上，则是采用电焊焊接技术。铁塔上的所有部件，基本都是热浸镀锌来进行仿佛。总体来看，自立式角钢塔的结构有以下特点：

1.建造铁塔时一般都是用大型号的角钢，而且在过程中不会将这些角钢打断，而是通过螺栓或者是连接板将其联结起来。

2.主材的角钢型号较大，辅材、斜材还有横隔材的型号较主材的型号略小，而且在连接时，用一小段角钢进行连接。

3.一般都是用螺栓将塔脚处与塔脚板连接起来，同时与地基相连。

4.建造铁塔的角钢，一般长和细都比较大。

5.每一块相连的角钢之间，基本用的都是连接板，如若不是，则是用的螺栓进行连接。

6.辅助材的作用是为受力材提供支撑，主材、斜材和横隔材才是主要的受力材。

二高压输电线路铁塔结构设计

1.塔头铰结点的设置分析研究

笔者论述的塔头铰结点的位置，指的是两铰拱或者是三铰拱，在力学角度上的构造模式及选择，并不是在进行输电线路铁塔内力分析时，作为铰结点的杆系结点。例如在酒杯型铁塔中，塔头的K结点，如果根据力学模型来设计，就会将结点设计为刚性节点，属于力学模型上的纯铰，实际建设中虽然不会有什么大的影响，但是却浪费了很多的刚才。又比如，有的直线塔在中间部位，增加了一个平连杆，而实际上有的直线塔可以直接使用三铰拱塔头或者是V串。希望在《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》进行修订时，细节中可以强调，杆塔结构的加工图一定要与内里计算图相一致，对于铁塔的结构布局一定不能擅自改动，更加不能轻易的增加可以影响受力的杆件。

2.导线横担下平面斜材布置

常见的斜材布置形式，是在线横担下设置为交叉斜材式，当这个交叉式设置到了横担根部时，一般都是又连接在了主材上。这种连接方法从力学角度上来说，连接部位的主材，很容易收到荷载的受力影响而发生变形。为了解决这种情况，一些设计者，在设计节点时，都会选择增加一根比较短的短角钢，借此来增加横担根部承受荷载的能力。大体上看，这种办法有效的解决了问题，同时也没有引发事故。为了使这个设计更加合理，同时还能满足杆系传力的要求，设计需要将横担下的交叉斜材杆系转移到导线横担根部，同时将其与塔身的侧面横材的中点相连，这样一来，荷载的受力点就会由横担根部转移到塔身之上，有效的解决了节点和主材弯曲变形的问题。

3.塔腿平连杆的使用分析研究

在对铁塔模型进行设计和试验之后，发现在塔腿加设平连杆之后，原来镇定的力学模型，产生了超镇定的变化。平连杆在塔腿上的使用，不但影响了杆系的布置，而且还影响到了相邻的杆系的工作状态。

4.曲臂传递纵向荷载的问题

时间追溯到我国上世纪80年代中期，几乎我国设计的所有500kV酒杯型直线塔塔头部位，都采取了上下曲臂外侧面主材取直的方法。这样的做法是的塔身看起来更加美观和利落，而且在受力方面，荷载的传力路线更加直接。与此同时由于力学模型的建造处于比较理想的状态，实际建造过程中，K节点与内侧的斜材建造并没有完全符合力学模型的要求，所以荷载的纵向传递任务，仍然由曲臂外次的斜材来共同承担。针对这个问题，设计者需要自己来设定荷载的传力面。很多设计者都会选择将外侧面设定为100%的传力面，同时内侧的斜材则不再承受荷载。这种设计需要设计者着重注意荷载的传力路线，一定要将传力路线搞清楚，同时做好杆系布置以及杆系的构造。

5.塔身斜材的布置分析研究

对于塔身斜材的布置，一定要考虑到斜材对外荷载抵抗力矩以及其长度的计算，这也是对于塔身斜材的制约条件。塔身斜材对于外荷载抵抗力矩的大小，也就是斜材与平面之间的夹角的大小，直接决定了这个节间的主材选材方面以及分段。根据多年的科研成果以及工程建造的实际经验来看，塔身斜材与平面之间的夹角在40与50°之间是最合适的，在塔型选型时，塔身斜材的布置还有塔身的宽度都是关键因素，要控制材料选择的条件，将塔身进行节间分段，同时还要计算主材的长度，将这些主材以什么样的接脚来配置塔身，所有的组合都要进行优质搭配。另外材料截面是选择单斜材还是双斜材、塔身斜材的布置要承载多少的外荷载，斜材选择交叉式还是正K式，在什么部位选择什么样的布置形式，这些都需要仔细思考，严禁选择。

三．结束语

我国电力工程中，高压输电线路铁塔是高压输电线路的重要部分，对铁塔进行设计时，一定要综合考虑各项因素。对于塔头铰结点、导线横担下平面斜材布置、塔腿平连杆的使用、曲臂传递纵向荷载的问题、塔身斜材的布置等等这些问题，在设计力学模型时就要进行对比分析。力学模型是一个完美的产物，在建设的实际过程中肯定会有一些意外的情况发生，这就需要设计者发挥自己的专业才能，与一些外界不可抗的因素进行对抗，为我国的经济建设做贡献，使铁塔可以适应自然环境的不断变化，因地制宜，有的放矢。只有不断的自我进步，才能带动电力工程的进步，适应现代快速的电力发展脚步。

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