淺議輸電線路鐵塔基礎抗震設計

彭軍

（貴州送變電工程公司 貴州省貴陽市 550002）

淺議輸電線路鐵塔基礎抗震設計

彭軍

（貴州送變電工程公司 貴州省貴陽市 550002）

本文首先對輸電線路鐵塔地震災害產生的原因進行了總結，然后從鐵塔基礎抗震設計的驗算范圍，計算方法等方面對其設計方法展開了具體分析。

輸電線路；鐵塔基礎；抗震設計

我國分布著世界兩大地震帶——環太平洋地震帶和喜瑪拉雅—地中海地震帶，地震災害頻發，會給電力設施帶來不同程度的破壞，嚴重影響正常供電，給電力事業的發展造成了不利影響。因此，在我國社會經濟快速發展的時代背景下，國家對基礎設施抗震能力的要求不斷提高，輸電線路鐵塔作為電力設施的重要組成部分，選擇科學的抗震設計方法，對其結構進行優化，增強抗震能力，對于促進電力事業的發展具有重要意義。

1 輸電線路鐵塔地震災害的產生原因

1.1 地震強度過大

如果地震的強度超過了輸電線路鐵塔的抗震強度，就會導致地震災害。對于處于地震斷裂帶周圍的輸電線路鐵塔而言，一旦出現強度較大的地震，超過了設計的承受能力，就會因為滑坡和斷層錯動等因素，導致鐵塔基礎遭到嚴重破壞。以2008年汶川8.0級大地震為例，斷層地表使很多輸電線路的鐵塔基礎發生了嚴重破壞。

通常，公共基礎設施的抗震強度是根據國家目前的科技水平以及經濟能力決定的。隨著人們對地震研究的不斷深入，抗震強度也會作出相應調整。綜合考慮多方面因素，對抗震水平進行規定，設置的標準不宜過高。在輸電線路鐵塔基礎的設計階段，應遠離斷裂帶。

1.2 場地因素

導致輸電線路鐵塔基礎破壞的另一個重要原因，是地震產生的一系列次生災害，例如山體滑坡、裂縫啊、垮塌、山體移位等。這些次生災害會對輸電線路的路徑和鐵塔場地產生決定的影響。有相關的研究顯示，如果輸電線路鐵塔位于抗震的優勢地段，即使遭受較強的地震，也不會產生嚴重的破壞。

1.3 地基液化

除了上述原因之外，沒有對地基的液化進行準確判斷，或者是沒有及時采取有效的措施對已經液化的地基進行處理，也是導致輸電線路鐵塔基礎失效的重要影響因素，以致發生桿塔傾斜和坍塌等事故。

2 輸電線路鐵塔基地的抗震設計

2.1 驗算抗震設計的具體范圍

（1）混凝土結構桿塔。目前，我國的輸電線路桿塔的混凝土結構主要有兩種類型，即預應力混凝土電桿和混凝土高塔。很多設計者側重于對后者的抗震設計，但是卻忽略了前者，幾乎未采取任何抗震措施。混凝土結構的抗震能力較低，在地震中遭遇的破壞普遍。通過分析其結構發現，在抗震強度≥Ⅷ度的地區，可以采取控制地震荷載組合結構的方式，來對預應力混凝土電感進行抗震設計。近幾年來，這種結構主要應用于北方地區≤220kV以及其他地區≤35kV的輸電線路。基于全壽命周期成本理論，混凝土電桿破壞后，恢復所需的費用較低，但是在重要線路中，會造成較大的斷電損失和社會影響。所以，對抗震強度≥Ⅷ度地區中比較重要的輸電線路和鐵塔基礎進行抗震設計時，應先進行抗震驗算。

（2）自力式鐵塔。輸電線路鐵塔的抗震性較高。通過分析不同地震強度下鐵塔的反應可知，防震強度為Ⅶ度的任何場地，以及強度為Ⅷ度的Ⅰ～Ⅲ類場地，鐵塔在地震作用下產生的效應通常低于風荷載的作用效應；而對于防震強度為Ⅷ度的Ⅳ類場地和強度為Ⅸ度的所有場地，鐵塔中大部分結構的地震作用效應也會低于風荷載效應，但是鐵塔的腿部、身部傾斜等負責承擔抗扭轉作用的主要構件，地震產生的效應則會高于風荷載效應。鐵塔結構對地震的反應較大，通過分析其動態特性發現，以扭轉為主的陣型的早期塔型，其抗扭結構的地震反應會大于晚期塔型。

2.2 抗震的計算方法

（1）靜力理論計算。基于這種理論的抗震計算會將建筑物的通力特點產生的影響排除在外，對其絕對剛性進行假設，地震發生時，建筑物和地面的運動完全相同，構建物加加速與地面運動加速度的最大值一致，那么構建物承受的最大地震荷載計算公式為：N=m·v。其中m表示構建物的質量，而v則表示地面最大加速度。這種計算方法的最大特點就是簡便，而且根據這一理論設計的大多數建筑物都具有較好的抗震性能，經受住了地震的考驗，所以在極個別國家中的抗震設計規范中仍然使用。但是這種計算方法具有較大的局限性，就是完全忽略了結構本身動力特點對抗震荷載力的影響，是一種理想化的計算方法，適用范圍有限，只有結構的固有周期遠遠低于地面運動的周期性時，其結構才不會在地震中發生形變。從這一點來看，靜力理論計算方法大多用較矮和剛性較大的建筑物中。

（2）反應譜法計算。這種計算方法又可以叫做動力法，其主要理論時，將單質點體系在世紀地震作用下產生的反應作為依據，對結構的反應進行分析。這種方法對地震過程中的地面運動特點和建筑物自身的動力特性，是當前應用最廣泛的抗震設計方法。

（3）時程分析法計算。雖然反應譜法在抗震設計中的應用比較普遍，但是在對多質點體系進行分析時，反應譜只能計算出各個結構振型反應的最大值，卻無法計算出最大值和振型組合相關的重要數據，所以無法為不同振型最大值的優化組合提供可靠依據。隨著我國科學技術的迅速發展，計算機的普及，我們可以將實際地震產生的加速度時程記錄下來，然后輸入到結構計算模型，這種直接對結構地震反應的方法就被稱之為直接動力法，也就是時程分析法。該計算方法的最大特點就是能夠直接獲取地震過程中結構節點不同時刻的位移、速度和加速度，計算出其對應的地震內力。

3 結束語

綜合上述分析可知，地震強度過大、場地因素和地基液化是導致輸電線路鐵塔地震災害發生的主要原因，為了提高其抗震性能，可以結合實際情況，綜合采用靜力理論、反應譜法和時程分析法。

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TM753

A

1004-7344（2016）32-0138-01

2016-10-18

彭軍（1984-），男，漢族，工程師，大學本科，主要從事輸變電工程勘察設計工作。