輸電線路大跨越鐵塔結構設計

白昀

摘要：近年由于我國大范圍的建設輸電電網，所以對架設電網鐵塔的結構設計技術也在不斷成熟完善。鐵塔主要是由塔頭、塔身以及塔腿所構成，塔腿對于整個鐵塔的穩定性有著很重要的意義，塔腿一般是由鋼筋混凝土所澆筑。鐵塔根據不同的需求有著不一樣的形態以及不一樣的作用，而且在不同地區有著不同的運用。鐵塔的設計要綜合構件的強度、穩定強度以及設計要求，對于鐵塔的建設要在保證安全穩定的前提下，盡量節約建設費用并降低對生態環境的破壞。

關鍵詞：輸電線路；大跨越；鐵塔結構設計

輸電線路鐵塔是一種立體造型的構筑物，一般用于架空高壓或超高壓送電線路導線和避雷線中。根據線路回路、電壓強度等不同因素的影響，能夠將鐵塔分成不同的類型。輸電線路鐵塔的建設在電力工程中是非常重要的部分，對輸電線路的穩定性、安全性有直接的影響。所以在設計的過程中，要重視鐵塔的結構優化，同時還要結合實際情況，對氣候、地形等進行分析，還要考慮電壓等級、結構形式等。

1結構特點

大跨越鐵塔一般在相對空曠的地區，其風壓也往往較大（尤其在沿江、沿海），加上地形地貌的影響以及結構高度較大，使得基本風貢獻的風荷載占總荷載的70%左右，故大跨越鐵塔設計時應首先考慮盡量減小風荷載效應。圓鋼管構件體型系數為0.6～0.8，約為型鋼構件的一半。圓鋼管結構鐵塔在20世紀70年代被較早應用于較高的電視塔上，如205m高的上海青海路電視塔、廣州越秀山電視塔和北京樂壇電視塔等。這些電視塔為四到六邊形斷面，弦桿采用鋼管構件，腹桿采用柔性拉條（鋼絞線等），結構通透性良好、受力簡潔明了、風荷載效應較小，從而使得耗鋼量和基礎量均大幅降低。

隨后，參照電視塔建設經驗，自20世紀70年代末建設的220kV南熱線燕子磯大跨越鐵塔走出了以往常用的鋼筋混凝土煙囪塔筒單一結構模式，逐步拉開了輸電線路鋼管塔結構設計和應用。并隨著長江三峽電力外送和經濟發達地區多回路輸電線路高塔的建設使得鋼管塔逐步得以推廣。2008年開始的特高壓雙回路交流示范工程（皖電東送）的建設，使輸電線路鋼管塔達到了建設高潮。

2輸電線路大跨越鐵塔設計現狀

2.1暴雪危害

大量電網受到暴雪影響，大量變電站被迫停運，大量的積雪使得鐵塔壓力增大，甚至出現倒塌的情況。另外，當積雪落在電線上后，積溫會導致電線上結冰，嚴重威脅了大跨越鐵塔的正常運行，對輸電線路的穩定性也有一定的限制，影響了居民的正常用電。因此，在一些氣候比較極端的地區，在建造大跨越鐵塔時要結合實際情況進行分析，包括氣候、地理等，并不是所有的地區都適用大跨越鐵塔。

2.2地震的危害

在輸電線路方面，維修比較方便，但是在通信塔和鐵塔的維修上就較為麻煩，需要投入大量的人力物力，同時還要花費一定的時間，嚴重影響到人們的正常生活用電。因此必須要對鐵塔進行改良，增強鐵塔的抗震能力，設計出合理的結構。雖然鐵塔的強度較高，但是對地震類的自然災害抗性較差，因此要通過合理的改造，利用物理學來達到減震的目的。

2.3環境腐蝕的危害

鐵在自然環境中易受到氧化及腐蝕，同時局部地區還可能會出現酸雨情況等，所以鐵塔的質量安全性難以得到保障。南方地區富含水源，空氣相對較濕潤，這樣的氣候更加使得鐵塔容易銹蝕。野外土壤的酸堿度也對鐵塔的銹蝕有很大的影響，所以在修建鐵塔的時候要上漆來避免鐵塔銹蝕。

3輸電線路大跨越鐵塔的主要技術

3.1曲臂傳遞縱向荷載

曲臂鐵塔不僅可以提高鐵塔的美化程度，同時也增加了鐵塔的實用性。通過曲臂結構的鐵塔，能夠很好地平衡縱向荷載，將其傳遞到臂內外側斜材，但是這種方法需要考慮的層面較多。因此設計師在設計的過程中，要考慮到各個零部件的作用，對于不能安裝桿件的區域，一定要嚴格控制。同時在力的傳導方向上，還要通過適當的杠件來保證縱向荷載的正確轉移。在布置桿系時要保證其合理性，根據縱向荷載的方向進行調整。

3.2大坡度塔身

利用大坡度塔可以減少材料耗量，但是也可對塔身造成不小程度的傾斜。大坡度塔身雖然有很好的應用，但是由于斜材的過度彎曲會影響整個鐵塔的安全性能，所以需要對斜材進行處理。例如增加支撐材料或者在關鍵部分添加斜墊，同時也可使用雙排螺栓來穩固主材。用鋼管塔做大坡度塔身雖然造價較高，但是非常符合力學原理，有非常高的可行性。

3.3合理設計塔頭鉸結點的位置

鐵塔的鉸結點也就是桿系結點，當桿系結點變為剛性節點后，雖然不會對鐵塔的正常工作造成影響，會浪費掉一部分的原材料。我國的鐵塔結構分析可以得出，大部分鐵塔在中間鉸位置都會添加平連桿，但是在一些發達國家中并沒有采取這種做法。在此方面，可以利用三鉸拱的方式解決，這樣不會對鐵塔的穩定性造成影響。因此在鐵塔設計的過程中，要保證計算圖和加工圖的一致性，這樣才能保證鐵塔的結構優化，提高鐵塔的安全性。

3.4塔身橫隔面的布置

對于在變坡處，集中荷載受力處等必須設置受力橫隔面。橫隔面的形式通過以往工程的經驗積累和不斷優化，許多已經成為了典型隔面形式。選用合適的形式，優化布置鐵塔身部的橫隔面，對于向下傳遞由結構上部外荷產生的扭力、減小塔重、均勻塔身構件內力、減小塔身扭轉效應具有一定的作用。在實際設計的過程中，需要處理好的關鍵所在是橫隔面的上、下間距的優化布置。

綜上，輸電線路超高度大跨越鐵塔的結構形式綜合考慮荷載、設計、材料、加工和施工等諸多方面的因素，應首先考慮采用結構簡潔、受力清晰、加工方便、組裝便捷的鋼管塔結構。今后輸電線路大跨越鐵塔也會面臨更大的挑戰，因此必須要不斷對鐵塔的結構設計進行完善，開展深入研究，才能適應時代發展趨勢，保證大跨越輸電線路的穩定運行。