關于輸電線路桿塔結構優化設計分析

崔 宏

國網安徽省電力公司經濟技術研究院

關于輸電線路桿塔結構優化設計分析

崔 宏

國網安徽省電力公司經濟技術研究院

桿塔結構是輸電線路的關鍵部位，對結構開展優化設計具有重要意義，在未來工作中，結合桿塔的實際受力及相關地形、地質條件，對基礎型式進行合理選擇，選擇最佳結構優化設計方案，以此達到施工工期及環保等要求。合理選擇鐵塔的桿塔布置形式、鐵塔斷面、主材斷面型式、主材坡度、腹桿布置等，以確保鐵塔的安全可靠。同時應盡可能地對鐵塔進行優化，以降低工程造價，保證線路的長期安全運行。鑒于此，本文主要分析輸電線路桿塔結構優化設計。

輸電線路；桿塔結構；優化設計

1 、輸電線路桿塔結構設計現狀

輸電線路桿塔主要是用來支撐架空輸電線路和地線的關鍵設備，可以讓輸電線路和地面始終保持一定的安全距離。如此一來，哪怕是在非常惡劣的環境條件下，輸電線路也可以正常輸送電能，確保用電正常。所以，輸電線路桿塔結構設計水平會對輸電線路的安全生產造成一定的影響。就目前來看，對我國輸電線路的架線設計以及資金投入情況進行分析，可以得出桿塔投資成本占到主體投入的35%，尤其對輸電線路的經濟效益影響非常大。伴隨我國開始組建高壓網絡體系，各種各樣的新型輸電技術開始投入應用，輸電線路桿塔的建設數量也開始增多，桿塔結構得以優化，建設類型向高負荷化、大型化方向發展。和我國先進制造業的發展水平進行對比分析，現階段桿塔設計的水平還非常低，達不到社會發展最新要求。一般來說，我國輸電線路桿塔大多是專門指定企業進行生產制造，一種是國營電力設備企業，或者是由設備定點生產企業制造，此外還有手工生產企業。二者對比而言，前者具有雄厚的經濟實力，而且無論是加工技術還是能力都比較強；后者大多是一些個體單位、城鎮企業以及民營企業等，生產加工技術水平非常低，沒有任何技術門檻。整體情況分析，我國現階段桿塔設計水平非常低，必須深化技術改革，促進設備質量水平的提升。

2 、輸電線路桿塔結構優化設計

2.1 斜柱基礎與直柱基礎的比選優化

(1)斜插式基礎與直柱式基礎相比，斜柱基礎順鐵塔主材斜向方向，減少柱頂水平力和地基應力，其主柱和底板彎矩也相應減小，同時提高了基礎的抗傾覆和穩定性。(2)斜插式基礎可降低混凝土的用量，同時可降低鋼筋的用量，其經濟效益明顯。(3)對耐張塔且作用力較大的基礎，等截面斜柱基礎較直柱而言可節省材料，降低造價。斜柱基礎已經成為國內110Kv～500Kv線路中首選基礎型式。

2.2 鐵塔塔身橫斷面樣式分析

一般來說，高壓輸電線路所用的直線型鐵塔的塔身橫斷面樣式，有長方形(即矩形)和正方形。直線型鐵塔的水平荷載(即垂直于線路方向，平行于橫擔方向)大于其順線路方向的縱向荷載，故此情況下的鐵塔塔身橫斷面為長方形的樣式是正確的。但其抗縱向荷載能力較差，而方塔抗縱向荷載能力強。因一般500kV電壓等級的線路為主網電源點輸出線路，其安全性、穩定性、重要性要求較高，故一般采用正方形橫斷面的鐵塔塔身。

2.3 鐵塔塔身坡度優化

對有相同斜材形式的鐵塔身部而言，能夠對其主材和斜材產生直接作用的是塔身坡度的變化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口寬度和塔腳根開這三個獨立的變量確定的，即為(塔腳根開－塔身瓶口寬度)/塔身高度。當塔頭形式和呼高確定后，塔身就是一定值，這時塔身坡度就由塔身瓶口寬度和塔腳根開來確定。塔腳根開與塔身瓶口寬度的差值越大，塔身坡度越大；塔腳根開與瓶口寬度的差值越小，相應的塔身坡度越小。在塔身變坡處寬度一定的情況下，塔身坡度的優化實際上就是鐵塔根開的優化，鐵塔根開的大小會控制塔身主材，進而影響整基塔的重量，同時還會對基礎作用力的大小產生較大的影響。塔身坡度越小，鐵塔斜材越短。同時，斜材受力也越小，斜材重量將會減輕，但鐵塔主材內力將加大，主材規格就越大，根據計算，鐵塔主材一般要占整個塔重的40%左右，主材的大小對塔重的影響最大，因此，坡度越小塔重反而會增加。反之，塔身坡度越大，根開就越大，塔身主材內力就越小，主材規格就相應減小，但此時，鐵塔斜材長度會增長，內力隨之而增大，斜材規格將會急劇增加，斜材基本受長細比控制，很明顯，也是不經濟合理的。

2.4 節點構造優化

節點構造設計方面可以參考以下幾個方面的原則：a.為降低桿件斷面損失，必須要盡可能的防止產生兩面連接桿件對孔布置的現象；b.要盡可能地避免產生節點板受彎、桿件偏心連接等現象；c.要盡可能地降低節點板面積，選擇緊湊式連接節點；d.為減少桿塔重量，應盡可能地對包角鋼連接數量進行控制；e.推薦使用多排螺栓，來對斜材、主材進行布置。

2.5 合理運用計算機技術

對桿塔構造進行設計，可以合理運用計算機放樣繪圖等方法，同時結合手動校正的方法，實現桿塔基礎構造的合理設計。在針對桿塔基礎進行優化設計過程中，應當以桿塔構造環節的最佳方案作為依據，建立和完善力學模型，并且針對桿塔基礎強度進行深入分析，對優化方案進行完善，確保桿塔基礎的結構穩定牢固。最后環節利用計算機，綜合考慮相關設計方案、強度分析以及優化方案等，對施工圖進行確定，制定施工環節明細表。這種方法可以確保桿塔基礎之間保持獨立，可以促進各部分的聯系性的加強，保證架空輸電線路桿塔基礎設計施工更加自動、高效。

總之，桿塔結構是輸電線路的關鍵部位，其作用是為了確保電網系統的安全、穩定、可靠運行，但是就目前而言，我國輸電線路桿塔結構在設計方面還存在一些問題，包括自然因素、人為因素等，均有可能會對我國輸電線路產生一定的影響，繼而產生經濟損失。基于此，本文對輸電線路桿塔結構設計現狀進行總結，對輸電線路桿塔結構優化設計對策進行研究，對以后輸電線路桿塔結構設計展望進行探討。

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