不同使用條件下桿塔基礎的預偏設計

李善金 牛俊友 耿偉亞

（1.商丘供電公司，河南 商丘 476000；2.夏邑供電局，河南 夏邑 476400）

《110～750kV架空輸電線路設計規范》規定：“轉角塔、終端塔的基礎應采取預偏措施，預偏后的基礎頂面應在同一坡面上”。基礎的預偏值要根據桿塔結構的變形和基礎設計時地基出現的變形綜合考慮。

桿塔的變形與桿塔結構型式、轉角度數、地基情況、導地線型號及張力大小等有關。規程規定，長期荷載效應組合（無冰、風速5m/s及年平均氣溫）情況下，桿塔的計算撓度限值應符合：直線自立式鐵塔3h‰、直線鋼管桿5h‰、轉角及終端自立式鐵塔7h‰、直線耐張轉角鋼管桿7h‰、轉角及終端鋼管桿15h‰，其中h為自基礎頂面至計算點的高度。在工程中，各桿塔實際使用條件往往不同于桿塔設計條件：或者桿塔兩端承受不均衡張力，或者導地線使用張力小于設計張力，或者實際轉角度數小于設計值，這些因素均會使桿塔的變形遠小于撓度設計值，因而其基礎的預偏值就不能一概而論，而應該根據工程實際使用情況綜合計算。本文分別就自立式鐵塔和鋼管桿在不同使用條件下，對基礎預偏值進行分析和計算。

1 自立式鐵塔

由于直線塔所受的橫向荷載僅有風荷載，其作用方向是隨機的，撓度方向由風向而定；轉角塔和終端塔的主要橫向荷載為導地線張力，對具體的鐵塔來講，其方向是確定的，因而撓度的方向也是確定的；因此對轉角塔和終端塔基礎采取預偏處理。通常情況下，自立式鐵塔基礎的預偏值

式中，L為鐵塔基礎根開，f為鐵塔撓度。桿塔的撓度與桿塔結構型式和受力大小有關。

利用虛功原理，平面桁架在荷載作用下，其位移值式中，N1為沿所求變形方向施加一單位力后每個桿件虛內力，Np為桁架在荷載作用下隔桿件內力，E、A和l分別為各桿件的彈性模量、橫截面積和長度。由此公式可知，桁架的彈性變形大小與桁架受力大小成正比關系。同時，在實際鐵塔中，螺栓孔徑一般要比螺栓直徑大1.5～2.0mm，螺栓受力后，螺栓中心將偏離螺孔中心，由此引起的桁架位移將增大

式中，n為每一根桿件的連接點數，d0為螺栓孔徑，d為螺栓直徑。

通過對大量轉角塔撓度的分析和實際測量，通常鐵塔螺栓中心將偏離螺孔中心引起的桁架位移換算成鐵塔撓度約為2～3‰，鐵塔主材分段越多，桁架位移越大。在結構設計沒有提供其設計撓度值時，考慮到施工誤差等因素，鐵塔撓度通常按下述取值：20°轉角時取4‰ ，40°轉角時取5‰；60°時取6‰；終端塔和90°時取7～8‰。

當工程設計條件及線路路徑確定后，線路所用轉角（終端）塔的型式也就確定。由于桿塔實際使用條件不可能都正好是其設計條件，工程中按每基桿塔按實際使用條件去計算其撓度的工作量也比較大，利用桁架的彈性變形與桁架受力大小成正比的關系，計算出實際使用條件下鐵塔長期荷載效應組合工況的受力值，與鐵塔設計條件下長期荷載效應組合工況的受力值相比，可以得到鐵塔實際的撓度，從而確定鐵塔基礎的預偏值。如導地線等其他使用條件與設計條件相同時，60°轉角塔用在45°轉角時，換算彈性變形為3‰×45/60=2.25‰。考慮由桁架位移引起的撓度為3‰，由此得到此塔在45°轉角時，其桿頂撓度為5.25‰。

圖1

當鐵塔兩側均衡受力時，鐵塔向轉角內側角分線方向傾斜。當鐵塔兩側承受不均衡張力時，鐵塔所受合力方向與角分線將有一個夾角，其作用是在順線路方向增加了一個不平衡張力，需要鐵塔在兩個方向考慮預偏。如圖1所示，以A腿為基準，當線路一的張力大于線路二的張力時，基礎各腿預偏值如圖所示，其中H為順線路方向的預偏值，h為垂直線路方向的預偏值，β為線路轉角度數的一半。

由平面方程公式可知

2 鋼管桿

由《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》相關條文知道，鋼管桿力學模型為一個懸臂梁，由水平力FH引起的撓度：

圖2

由彎矩M引起的撓度

通過對鋼管桿結構計算分析，通常情況下，20°轉角時鋼管桿撓度在7‰時鋼管桿結構外形和重量接近最優配置，40°轉角時為9‰；60°時為11‰；終端和90°時為12‰～13‰。若鋼管桿結構圖上提供了鋼管桿撓度值時，考慮到施工誤差因素等，施工計算預偏值采用的撓度值可較設計撓度值增加1‰～2‰。

當鋼管桿沒有采取預彎措施補償撓度時，需要對其基礎采取預偏處理。同鐵塔計算撓度原理一樣，利用鋼管桿撓度與受力大小成正比關系，比較鋼管桿實際使用條件與其設計條件下的受力大小，換算得鋼管桿實際撓度，從而確定基礎預偏值。

通過比較鋼管桿基礎形式與鐵塔基礎形式可以知道，公式二同樣適用于鋼管桿基礎。基面施工中，在基面上選取幾個控制點，如圖3a、b、c和d4點，然后列出其x、y值，利用式（4）可計算出各點的標高值，使基礎達到預偏要求。

圖3

3 結論

為使線路桿塔美觀，達到最佳受力需要，送電線路承力桿塔基礎的預偏，應根據承力桿塔在工程現場的實際使用情況，充分考慮承力桿塔類型、轉角度數等綜合條件，計算出合理的基礎預偏值。本文分別就自立式鐵塔和鋼管桿在不同使用條件下，桿塔撓度值進行快速而較準確的計算，從而確定桿塔基礎預偏值，使轉角桿塔不向雙線側傾斜，不向轉角內側或外側傾斜，終端桿塔不向線路側傾斜。

利用平面方程，使基礎預偏后，各基面按要求應施工成斜面，利用平面方程計算各控制點的標高，可使基面容易獲得一個整體平面，達到預偏要求，從而使轉角桿塔受力最佳，安裝方便。