轉角塔導(地)線風荷載計算

王子龍，金樹，曹丹京，姜宏璽

(山東電力工程咨詢院有限公司，濟南市，250013)

0 引言

風對導(地)線的作用主要有垂直方向荷載和平行方向荷載，導(地)線風荷載計算方法均是以垂直于導(地)線的風向產生的風荷載為基準［1-8］。輸電線路轉角塔的轉角度數為0°～90°，當風向不變而轉角度數變化時，將會產生不同的導(地)線風荷載。另外，由于轉角塔前、后側導(地)線與風向的夾角不相同，風荷載對前、后側導(地)線的大小和方向也不盡相同。目前，還沒有針對轉角塔導(地)線風荷載計算的完整計算公式，本文推導了轉角塔導(地)線風荷載的計算公式，并給出了該公式的工程應用實例。

1 導(地)線風荷載計算

導(地)線風荷載如圖1所示，圖中:P為垂直于導(地)線的風向所產生的風荷載;Pσ為垂直于導(地)線的風荷載;Pτ為平行于導(地)線的風荷載;θ為導(地)線與風向的夾角。

圖1 導(地)線風荷載Fig.1 Wind loads for conductor and earth wire

根據相關規范［1-5］的規定，Pσ的計算公式為

GB 50135—2006《高聳結構設計規范》［3］、IEC －60826 規范［4］和 ASCE 規范［5］均認為平行于導(地)線方向的風荷載影響較小，可忽略不計。DL/T 5154－2002《架空送電線路桿塔結構設計技術規定》［1］中指出:當 θ為0°、45°時，對應的 Pτ分別為 Pτ0=0.25 P、Pτ45=0.15P。該規定關于 Pτ的計算是為了增強直線塔的縱向剛度，屬于人為增強的荷載，對于轉角塔的Pτ，本文建議與直線塔的取值相協調。當0°≤θ≤45°時，Pτ可以通過線性插值的方法計算得到;當45°＜θ時，Pτ=0。則 Pτ的計算公式為

2 轉角塔導(地)線風荷載計算

轉角塔導(地)線所受風荷載如圖2所示，圖中:β為風向角，0°≤α ＜360°;α 為導(地)線張力方向角，0°≤β＜360°;γ為風荷載方向角。θ與α、β的關系可表示為

圖2 轉角塔導(地)線風荷載Fig.2 Wind load for conductor and earth wire of angel tower

2.1 垂直于導(地)線方向的風荷載

垂直于導(地)線方向風荷載Pσ按式(1)計算，其方向角γ為

2.2 平行于導(地)線方向的風荷載

平行于導(地)線方向的風荷載Pτ按式(2)計算，其作用方向分為與導(地)線張力方向相同和相反，因此引入平行于導(地)線方向的風荷載方向系數η來考慮風荷載的方向，與導(地)線張力方向相同時取1，相反時取－1，即

Pτ沿x和y方向的風荷載為

2.3 導(地)線沿x、y方向的風荷載

導(地)線風荷載沿x、y方向的作用Px和Py為Pσ、Pτ在 x和y方向分量之和，即

3 算例分析

對于輸電塔而言，導(地)線風荷載產生的主材內力與前、后側導(地)線風荷載沿x、y方向分量之和成正比。因此，對于同一轉角度數，風向變化時，前、后側導(地)線風荷載沿x、y方向分量之和也隨之變化，當前、后側導(地)線風荷載沿x、y方向分量之和取最大值時，此風向角為導(地)線風荷載使鐵塔主材受力最大的風向角［9-11］。本文計算了轉角度數為0°～90°，在不同風向角作用下的前、后側導(地)線風荷載沿x、y方向分量之和，結果如表1和圖3所示。

表1 轉角塔導(地)線風荷載計算結果Tab.1 Computational results of wind loads for conductor and earth wire

由表1和圖3可知:轉角度數為0°～30°、風向角為90°時，產生的導(地)線風荷載使鐵塔主材內力最大;轉角度數為40°～70°、風向角為 60°時，產生的導(地)線風荷載使鐵塔主材內力最大;轉角度數為70°～90°、風向角為45°時，產生的導(地)線風荷載使鐵塔主材內力最大。

圖3 風荷載與轉角度數對應曲線Fig.3 The relationship between wind loads and line angels

4 結論

(1)導(地)線風荷載的計算均是以垂直于導(地)線的風向產生的風荷載為基準，根據導(地)線與風向的夾角得出垂直于導(地)線的風荷載。

(2)對于不同轉角度數的轉角塔，導(地)線風荷載使主材內力最大的風向角也有所不同。轉角度數由0°到90°變化時，使主材內力最大的風向角由90°向45°變化。另外，本文僅考慮了導(地)線風荷載的影響，計算使轉角塔主材內力最大的風向角時，還應綜合考慮塔身風荷載和導(地)線張力的影響。

［1］DL/T 5154—2002架空送電線路桿塔結構設計技術規定［S］.北京:中國電力出版社，2002.

［2］GB 50545—2010110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2010.

［3］GB 50135—2006高聳結構設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2007.

［4］IEC—60826 Design criteria of overhead transmission lines［S］.

［5］ ASCE 74 Guidelines for electrical transmission line structural loading(Third)［S］.

［6］林鳳羽.輸電線路的風荷載［J］.中國電力，1995，28(1):54-56.

［7］埃米爾.風對結構的作用:風工程導論［M］.2版.上海:同濟大學出版社，1992:322-324.

［8］黃本才.結構抗風分析原理及應用［M］.上海:同濟大學出版社，2001:18-25.

［9］東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京:中國電力出版社，2002:318-363.

［10］姜宏璽.角度風作用下的線條風荷載的計算問題［J］.電力勘察設計，2009，12(6):54-57.

［11］王子龍，曹丹京.輸電塔的埃菲爾效應計算［J］.電力建設，2011，32(2):43-46.