談鐵塔荷載組合

牛建榮

(山西省電力公司電力經濟技術研究院，山西太原 030001)

作用在輸電線路桿塔上的荷載主要分為永久荷載、可變荷載和特殊荷載。永久荷載包括桿塔自重、絕緣子、導地線、金具及其他固有設備的重力。可變荷載主要是塔身、導地線風荷載、導地線張力和導地線上的覆冰以及施工檢修時的臨時荷載。特殊荷載有斷線張力和由不均勻覆冰引起的不平衡張力，還有地震荷載等。

1 風速取值

一般桿塔主要桿件基本上都是由大風工況控制，風荷載重現期越長，設計風速就越大，鐵塔抗風能力就越強，但鐵塔重量也就越重，故風荷載重現期的取值直接影響鐵塔重量，影響工程投資。

1.1 基本風速重現期

我國高壓架空輸電線路設計，基本風速重現期對110 kV～330 kV輸電線路及其大跨越線路采用30年一遇。

1.2 風速基準高度

根據規程規定:統計風速樣本的基準高度，統一取離地面(或水面)10 m，保持與荷載規范一致。

1.3 線條荷載

1)線條風荷載計算。線條風荷載標準值按下式計算:

其中，α為風壓不均勻系數;μZ為風壓高度變化系數;μSC為線條體型系數;βC為線條風荷載調整系數;d為電線直徑;Lp為水平檔距;θ為風向與電線方向之間的夾角;W0為基準風壓標準值，W0=為基準設計風速。

2)基準風壓標準值。利用伯努利方程，可以將風速轉化為風壓，關系如下:W0其中，ρ為空氣密度，t/m3;γ為空氣重度，kN/m3;V為風速，m/s;在緯度為45°處海平面上的重力加速度 g=9.8 m/s2。

3)線條體型系數 μSC。線徑不小于17 mm，μSC取1.1。線徑小于17 mm或覆冰時取1.2。

4)地面粗糙度。我國把地面粗糙度分為A，B，C，D四類，一般線路經過按B類(鄉村、田野、丘陵、叢林以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區)考慮。

1.4 導地線附件荷載

絕緣子受風面積0.04 m2/片，合成串按照串長170 mm標準絕緣子折片。覆冰情況下(含不均勻冰)因覆冰受風面積增大須考慮風荷載增大系數。

2 桿塔荷載

2.1 桿塔風荷載標準值按下式計算

其中，WS為風向與桿塔塔面相垂直時，桿塔風荷載標準值;μZ為風壓高度變化系數;μS為構件的體型系數，采用下列數值:型鋼(角鋼、槽鋼、工字鋼和方鋼)μS=1.3;由型鋼桿件組成的塔架:μS=1.3×(1+η);其中，η為塔架背風面荷載降低系數，其取值與塔的擋風系數AN/A有關;AS為構件承受風壓投影面積計算值。βZ為桿塔風荷載調整系數，如表1所示。

表1 桿塔風荷載調整系數(用于桿塔本身)βZ

2.2 桿塔角度風分配

桿塔承受的荷載一般分解為:橫向荷載、縱向荷載和垂直荷載三種。橫向荷載是沿橫擔方向的荷載，縱向荷載是垂直于橫擔方向的荷載，垂直荷載是垂直于地面方向的荷載。直線桿塔應計算最大設計風向與線路方向成0°，45°，60°及90°的四種最大風速的風向;對一般耐張型桿塔可只計算90°一個風向;對終端桿塔，除計算90°風向外，還需計算0°風向;對耐張轉角塔轉角度數較小時，還應考慮與導、地線張力的橫向合力相反的風向。風向與導、地線方向或塔面成夾角時，導線、地線風載在垂直和順線條方向的分量，塔身和橫擔風載在塔面兩垂直方向的分量，按表2選用。

3 工況組合

3.1 直線塔荷載組合工況

正常，大風 max90°，min90°，max60°，min60°，max45°，min45°，max0°，min0°。正常，覆冰。同一檔斷線內，斷任意一相導線，地線未斷;斷任意一根地線，導線未斷。安裝max90°，吊右地線。安裝max90°，吊左地線。安裝 max90°，吊中導線。安裝 max90°，吊右導線。安裝max90°，吊左導線。安裝max90°，錨右地線。安裝max90°，錨左地線。安裝 max90°，錨中導線。安裝 max90°，錨右導線。安裝max90°，錨左導線。驗算5 m/s風min90°。驗算不均勻覆冰，max最大彎:縱向力全朝前。驗算不均勻覆冰，max上拔工況。

表2 角度風吹時風荷載分配表

3.2 轉角塔荷載組合工況

大風 90°max，90°min。覆冰 90°max。斷線同一檔內，斷任意兩根導線(或任意兩相有縱向不平衡張力)，地線未斷;斷任意一根地線和任意一根導線(或任意一相有縱向不平衡張力)。安裝緊右地(先安裝后側);安裝緊左地;安裝正掛右地;安裝正掛左地，右地掛好;安裝正掛上導，地線掛好;安裝正掛右下導;安裝正掛左下導;安裝正掛左地;安裝正掛右地，左地掛好;安裝正掛上導，地線掛好;安裝正掛右下導;安裝正掛左下導;安裝緊右地(前側);安裝緊地(前側);安裝緊地、導線(前側);安裝正掛右地(前側);安裝正掛左地，右地掛好(前側);安裝正掛上導，地線掛好(前側);安裝正掛右下導(前側);安裝正掛左下導(前側);安裝正掛左地(前側);安裝正掛右地，左地掛好(前側);安裝正掛上導，地線掛好(前側);安裝正掛左下導(前側);安裝正掛右下導(前側);不均勻覆冰，90°max最大彎。

4 結語

桿塔結構構件采用極限狀態設計。線路結構重要性系數γ0取1.0。可變荷載組合系數:正常運行工況取1.0，安裝情況、斷線情況和不均勻覆冰情況取0.9，驗算情況取0.75;可變荷載分項系數取1.4;永久荷載分項系數取1.2。線路大風重現期30年一遇。線路基準風速起算高度取10 m，地面粗糙度類別按B類考慮，風壓高度變化系數μZ和風荷載體型系數μS按GB 50009-2001建筑結構荷載規范的規定取值。直線塔導線斷線張力對平丘不小于20%，對山地不小于25%;耐張塔導線斷線張力不小于70%;地線斷線張力取100%。直線塔不均勻覆冰:導線不平衡張力取10%，地線取20%;耐張塔不均勻覆冰導線取30%，地線取40%。其他荷載取值按GB 50545-2010 110 kV～750 kV架空輸電線路設計規范執行。