输电线路杆塔结构设计分析

输电线路杆塔结构设计分析

李国徽

身份证号码：433127199509156016

摘要：杆塔是输电线路中起支撑和固定导线的作用的重要构件，其结构设计对于确保输电线路的安全运行具有重要意义。然而当前我国输电线路杆塔结构设计还是存在很多问题，这样不利于保证供电质量，进而对电力企业造成重大的经济损失，影响附近居民的日常用电。基于此，本文以输电线路杆塔结构设计为研究对象，希望可以为有需要的人提供参考意见。

关键词：输电线路杆塔;结构设计;分析

引言：对于整个输电线路而言杆塔结构是其中非常重要的构成部分，是保障输电线路可靠稳定运行的基础，在杆塔结构的作用下，可以保证输电线路与地面之间保持安全距离。鉴于杆塔在输电线路中扮演的重要角色，针对其结构进行合理设计显得尤为重要。根据相关的统计数据表明，输电线路建设投资中，杆塔结构的投资比例高达35%左右，可见杆塔结构设计建设的合理性会对输电线路投资的效益产生重要影响。

一、杆塔设计目前面临的主要问题　

1.1杆塔的结构设计选择

在研究杆塔结构的过程中，不仅要探讨杆塔结构与其承载能力之间的联系，还需要研究如何计算杆件的强度以及杆端节点结构的设计计算方法。从另一个角度来看，需要研究杆塔的设计模型，也就是如何选择合适的结构形式，例如塔头的种类、坡度、塔的根部、铁塔的节间布局以及优化策略。这些内容都是杆塔结构设计中非常重要而又经常遇到的问题。在选择架空输电线路杆塔的构造方式时，经济效益与质量的有效性始终是首要的考量因素。由于电力建设规模越来越大，需要大量资金用于架设新设备和更新旧机具，因此，提高投资效益就成为摆在面前的一个重要课题。基于当前的科技发展水平，拉线塔被全球普遍认为是最具经济效益的杆塔设计。由于拉线塔受力明确、造价低廉、施工简便、安全可靠，所以近年来得到了越来越多的应用。

1.2杆塔强度问题　　

从一般角度来讲，杆塔的结构形式、受力形式、以及杆塔的材料等往往都会影响到杆塔的强度。架空输电线路的建造是一个长期的工程，一旦建造好后，会常年进行工作，因此导线和地线的支承结构，杆塔必须要有一定的荷载承受能力，其强度和刚度都必须满足一定的要求，才能确保杆塔的质量稳定。对于杆塔强度问题的研究，主要方向包括以下几点，一是结构关键性系数的研究，二是杆塔的负载周期、设计风速以及塔的静动态荷载计算方法的研究。此外还包括杆塔的荷载组合原则研究。其中，杆塔结构的关键性系数主要决定于由结构可靠度指标来进行研究分析和确定，而负载周期则主要是针对塔的风振系数，对高压导线的荷载组合进行研究。目前，应用比较广泛的是杆塔截面为环形截面。这种构件相比于其它构件来讲具有很多独特的有点。例如：其各方向承载能力均相等，加工起来方便，而且节省材料，可以大大的减少投资等等。并且这种环形截面的钢筋混凝土构件不管在强度还是在刚度上都满足相关要求。

二、输电线路杆塔结构研究要点　　

2.1杆塔所承受的荷载

在研究杆塔荷载时，需要考虑结构的重要性系数、风荷的持续时间、最小设计风速等参数的选择。此外，还需确定杆塔的静态和动态风荷载的计算方法，以及荷载的组合和选择原则。其中，结构的重要性系数和风荷载的载重现期是关键。结构重要性系数是根据结构在输电线路系统中的作用和重要程度来确定的，它影响着荷载的设计值的选择。风荷载的载重现期是指一定时间内出现的最大风荷载，根据可能的风速频率统计分析得出。最小设计风速的选取需要同时考虑结构强度要求和经济性问题。经验公式或已有资料可以用来确定最小设计风速。在荷载组合方面，需要考虑导线的断线规则、张力的确定以及与风荷载和冰荷载的组合条件。这些要求是为了保证杆塔的强度和稳定性。

2.2杆塔的结构设计技巧

杆塔结构设计方法的研究涵盖了多个方面，包括杆塔结构设计中的力学模型分析、杆件的承载能力计算以及杆端节点的构造设计方法等；另外一个方面是研究如何使这些计算数据能够被正确地反映到实际工程中去，以达到合理确定杆塔尺寸的目的。从另一个角度来看，研究的焦点是杆件的选择、塔的头部设计、腿的形状、坡度、根的开度，以及塔身的断面、斜材和横隔面的布局和优化策略。在输电线路工程实践中，由于杆塔结构形式比较复杂，因此需要对不同类型的塔型进行合理地选择。

三、我国输电线路杆塔结构的未来研究方向　　

当前，气候条件复杂多变，现行的杆塔结构的设计技术存在着不少不相适用的地方。电压等级的提高、新型输电技术的应用，使得杆塔结构复杂、高大的发展趋势愈加明显。在这种情况下，如何保证安全可靠、经济合理、具有更好的抵御自然灾害的能力，是当前杆塔结构研究的重点。　　

3.1设计理论体系　　

总体来看，我国输电线路铁塔结构设计理论较为传统，需要适应发展需求，形成完善的、更为先进的理论体系。常规的设计方法是以线弹性结构分析理论为基础的，如何将结构分析的非线性理论、桁架结构极限设计的理论和方法等现代结构分析方法应用到输电铁塔设计中，需要进一步深入研究。在加工误差、初位移、初应力对杆件承载力的影响等方面，还缺乏深入研究和明确结论。需要继续研究导线与杆塔、杆塔与基础的相互作用，并在此基础上，研究导线、杆塔以及基础的一体化设计方法。　

3.2荷载取值　　

杆塔荷载的取值，目前偏重于与静力风荷载有关的几个关键参数的研究。对于动力风荷载的取值，还缺乏较为深入和系统的研究。对冰荷载的取值，由于线路地形复杂、幅员辽阔以及可供利用的气象资料较少，目前大多根据调查数据和工程经验来确定，尤其是微地形、微气象区域的冰荷载的取值，研究工作偏弱。对风、冰荷载组合以及与断线工况组合的取值，也需要加强研究。　　

3.3节点构造计算方法　

我国输电铁塔与国外的相比偏重偏大，除设计理念、材料性能等方面的因素外，节点构造上的差异也是重要原因之一。目前，对新材料、新性能节点的研究还不充分，节点构造对杆件承载力的影响还需进一步的研究。　　

3.4设计计算软件　　

目前行业内采用的设计计算软件较为陈旧，很少将近年来一些新的研究成果和成功经验纳入其中，在设计方法上存在明显漏洞，如风振动力荷载的考虑和计算。设计时根据杆塔主要结构参数大致确定风振系数，通过不断循环的静力分析对杆塔进行选材，但结构的动力特性并没有经过往复校验。“数字化电网”是未来输电线路设计、运行和维护的必然发展趋势。在研究、摸清线路机械力学系统在各种气象和地理条件下的动力学行为的基础上，需要研究开发输电线路一体化设计软件平台。　

3.5新材料的应用研究　　

我国铁塔结构以热轧等肢角钢为主，构件型式单一，铁塔材料强度低，我国普遍使用Q235和Q355两种钢材，国外受力大的杆件大都采用高强度钢材。目前刚刚进行Q420、Q460的研究及推广，但在实际运用中还存在一些问题。需要继续加强高强钢管塔、耐候钢塔、冷弯型钢塔的应用研究。也有必要开展复合材料在输电铁塔上的应用研究。

3.6输电线路杆塔身结构的优化选择　

在输电线路杆塔身结构的优化选择中，需要考虑到杆塔的强度和稳定性。输电线路经常受到强风、地震等外力的作用，因此杆塔的结构必须具有足够的强度和稳定性，以保证输电线路的正常运行和安全性。在材料的选择上，应优先考虑使用高强度、耐腐蚀的材料，如钢材或复合材料，以提高杆塔的抗风能力和使用寿命。在杆塔的设计中，应考虑到施工和维护的便利性，如设置适当的检修门、护栏等设施，以方便工作人员进行操作和维护。输电线路杆塔的结构还应考虑到杆塔的环境影响，还应考虑到杆塔对周围环境的影响，如减少杆塔的视觉污染、减少杆塔对土地的占用等，以提高输电线路的美观性和环境友好性。

结束语：社会各方必须做好输电线路杆塔结构的优化工作，更好地发挥杆塔的功效，这也是当前电力企业及相关施工企业发展过程中面临的重大挑战之一。在优化过程中，工作人员必须做好优化方法选择、塔头类型选择、塔身尺寸优化、传力路线优化等方面的工作。相信未来，在各方工作人员的共同努力下，我国的输电线路杆塔结构将进一步优化，更加适应社会发展的要求。

参考文献：

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