高壓輸電線路鐵塔結構設計要點分析

孫宇爽

【摘要】隨著我國實施進行的“十二五”規劃，社會經濟勢必將會取得一個全面快速的發展時期。作為國內經濟發展人人皆知支柱產業的電力行業，如何建設好輸電線路是電力建設事業的頭等大事。本著為了節省建設材料，使建設成本得到有效降低，針對高壓輸電線路鐵塔結構的優化設計，許多相關科研單位及學者們對其十分的關注。本文筆者深入分析研究了我國目前高壓輸電線路鐵塔結構優化設計中遇到的具體問題，然后對鐵塔結構設計的選型提出了個人的幾點建議與見解，希望提供給同行們的一些參考與借鑒價值。

【關鍵詞】輸電線路;鐵塔結構;優化設計;選型

一、引言

隨著國內電網建設規模的逐步擴大，在電力系統發展中推動高壓輸電線路的建設已經成為必然的趨勢。高壓輸電線路在整個供配電系統中扮演著非常重要的角色，它能夠把電能從遙遠的山區地方輸送給城市電力負荷區域，為城市提供了平衡的供電，其在整個農業與工業的發展作用不言而喻。因在高壓輸電線路工程當中，其施工環境具有一定的特殊性，怎樣按照設計單位提供的圖紙使工程的施工質量與進度得到有效保證，這也是工程施工中值得重點關注的問題。本文提出分析及探討了輸電線路鐵塔結構優化設計，并列舉一些具有代表性的設計理念與思路。

二、鐵塔結構優化設計的詳細事項

在鐵塔結構設計當中，要求在外力的效用下其結構不但要具有充足的剛度與強度，而且盡量能夠減少投資成本，這就是鐵塔結構優化設計的目的所在，同時還需保證預定結構的安全性與節約能源，如此必然存在著矛盾性，若想對該些矛盾加以處理好絕非易事，因此應當通過對鐵塔結構進行優化設計來達成，優化設計在工程技術中將會得到越來越多的應用。

1.塔身坡度的優化設計

使鐵塔重量直接受到重大影響的就是塔身的坡度，其對主材的規格與斜材的長度也有所影響，為了獲得科學合理的塔身坡度，可選取試算法或者動態規劃法，這樣有助于主材的受力充分且相對均勻，確保鐵塔的剛度有所充足，也即是目前滿應力的主旨所在。

2.塔身布材格局的優化設計

在滿足斜材和水平面夾角準則的情況下，使斜材的受力特性得到充分的發揮，也即是優化塔身節間，使得節間內的主材長度全部為最優的長度，這樣能夠讓節間內的填充材得以減少，從而實現優化結構的效果，以至使鐵塔的單重有所降低，指標相應得以減小。

3.塔身隔面的設置

在塔身的變坡端布置好隔面，能夠使塔身主材傳遞的扭矩得到有效平衡，結構的剛度也得到相應的保證，在塔身的坡段不變情況下，隔面布置的間距應當小于寬度的五倍，也應小于四個主材分段，隔面一定要是一個幾何不變的架構。

4.塔頭尺寸的優化設計

按照間隙圓能夠規劃出許多塔頭尺寸，經由相關的優化計算與相互比較，主要以塔重最輕作為實際出發點，這樣才能夠獲得最佳的塔頭尺寸。

5.局部結構中細部的優化設計

主材和斜材的連接點可以使連接板的大小得以減小，對塔重的優化起著難以磨滅的效用。在橫擔根部的連接方式中，采用倒K材進行布置，這樣不但能夠降低桿件的長度，而且可有效避免橫擔主材連接板產生的彎曲所發生的事故。

三、鐵塔結構設計選型的有效途徑分析

在國內高壓輸電線路的建設前期階段，通常不太在乎對地高度的要求，鐵塔的高一般在同類塔型中都不是最高的，因此在設計過程中能直截了當地選擇塔型的高度。但對于高壓輸電線路鐵塔的設計方面而言，若果結構設計存在欠缺合理性，勢必會造成塔腳的根開有所增大，如此會影響到鐵塔的穩定性與安全性。除此之外，若高壓輸電線路鐵塔處于長時間停電的作業狀態，自然電網的安全可靠與穩定性就不高，所以問題的核心就是怎樣優化鐵塔結構設計選型。

1.傳力路徑的相關優化

傳力路徑的清晰度高，能夠讓設計人員充分地對結構的受力分析加以掌握，為了能防止塔身底部斜材同時受壓出現的欠佳情況，在直線塔與承力塔瓶口的首節間當中，應當都選取K型節點進行布置。為了可以預防橫擔的剪力經橫擔上下向塔材進行傳遞，致使塔頭位置與橫擔材的主材的連接有所增大，所以橫擔下面靠于塔身旁邊的一檔斜材設置改為K型材，如此能夠使得導線的縱向荷載經由塔身隔面傳遞至塔身上，使其大偏心的問題得到了解決，同時使橫擔根部連接板彎曲造成的失穩得到有效的避免，且桿件長度也相應得到了減少，規格也有所變小，以致減輕了塔重。

2.桿件連接應當緊湊，有效減少節點板用量

與國外同種類型塔進行相比，我國目前的塔材單基耗量通常相對較重。除了因鋼材的機械性能差異性與壓應力穩定的公式計算等條件之外，較高的節點板用量總是存在著。當前許多設計院都十分重視節點構造設計的革新，在杯塔上與下曲臂內側當中主材的負端距相對較大，連接板上面仍然應當布設加勁角鋼與加勁板，使其節點剛度有所增加;本塔上與下曲臂的外側主材可以改成短角鋼外包連接，讓各主材連接螺栓過于集中得以避免，可使上與下曲臂內側端主材的負端距大大得到減小，從而能夠實現連接節點更為緊湊，剛度得到一定的加強，使節點連板得到有效減小的效果。

此外，還對直線塔地線支架與橫擔的連接有所改進，同時使節點板面積減少了許多。若要減少螺栓的個數，可使螺栓強度等級得以提高，但是效果往往并不理想，通過有效驗證表明，受孔壁擠 ?壓控制者相對占據多數。參考一些國際上的鐵塔桿件，在多螺栓連接方式中，其斜材桿件通常和主材有直接的相連，既可使連接板的用量得到減少，又讓主材和板的連接螺栓有所減少，且螺栓的抗剪強度與孔壁擠壓強度的取值都高于國內，在該方面的探究我們還需有待加強。

3.加長桿件構造的長度，有效減少包鐵連接的數量

鐵塔桿件長度在以往會受到塔廠鍍鋅設備方面的制約，塔材需要多段進行連接，桿件長度通常不宜大于八米。但現在許多塔廠已更新換代，不斷在改進，采取相對較大的鍍鋅鍋，鍍鋅桿件能夠達到十二米之長，為設計選取更加長的桿件提供了有利條件，這樣有利于減少桿件包鐵數量，能進一步使塔材耗量得到有效降低，從而節省一定的加工成本。

四、結束語

電力事業是我國國民經濟的重要支柱產業，它的穩定健康發展造福著人類，而高壓輸電線路鐵塔是電力系統傳輸的主要工具，隨著國內電力行業的迅速發展，鐵塔的需求量也與日俱增中。因此電力行業的如何優化鐵塔結構設計在電力系統建設中顯得尤其的重要，這無疑給施工企業提供了廣闊的市場空間與全新的機遇與挑戰。

參考文獻

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