崔 宏

國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院

關(guān)于輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

崔 宏

國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院

桿塔結(jié)構(gòu)是輸電線路的關(guān)鍵部位，對(duì)結(jié)構(gòu)開(kāi)展優(yōu)化設(shè)計(jì)具有重要意義，在未來(lái)工作中，結(jié)合桿塔的實(shí)際受力及相關(guān)地形、地質(zhì)條件，對(duì)基礎(chǔ)型式進(jìn)行合理選擇，選擇最佳結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以此達(dá)到施工工期及環(huán)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(shí)應(yīng)盡可能地對(duì)鐵塔進(jìn)行優(yōu)化，以降低工程造價(jià)，保證線路的長(zhǎng)期安全運(yùn)行。鑒于此，本文主要分析輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

輸電線路；桿塔結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

1 、輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

輸電線路桿塔主要是用來(lái)支撐架空輸電線路和地線的關(guān)鍵設(shè)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(lái)，哪怕是在非常惡劣的環(huán)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平會(huì)對(duì)輸電線路的安全生產(chǎn)造成一定的影響。就目前來(lái)看，對(duì)我國(guó)輸電線路的架線設(shè)計(jì)以及資金投入情況進(jìn)行分析，可以得出桿塔投資成本占到主體投入的35%，尤其對(duì)輸電線路的經(jīng)濟(jì)效益影響非常大。伴隨我國(guó)開(kāi)始組建高壓網(wǎng)絡(luò)體系，各種各樣的新型輸電技術(shù)開(kāi)始投入應(yīng)用，輸電線路桿塔的建設(shè)數(shù)量也開(kāi)始增多，桿塔結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，建設(shè)類型向高負(fù)荷化、大型化方向發(fā)展。和我國(guó)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展水平進(jìn)行對(duì)比分析，現(xiàn)階段桿塔設(shè)計(jì)的水平還非常低，達(dá)不到社會(huì)發(fā)展最新要求。一般來(lái)說(shuō)，我國(guó)輸電線路桿塔大多是專門(mén)指定企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)制造，一種是國(guó)營(yíng)電力設(shè)備企業(yè)，或者是由設(shè)備定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)制造，此外還有手工生產(chǎn)企業(yè)。二者對(duì)比而言，前者具有雄厚的經(jīng)濟(jì)實(shí)力，而且無(wú)論是加工技術(shù)還是能力都比較強(qiáng)；后者大多是一些個(gè)體單位、城鎮(zhèn)企業(yè)以及民營(yíng)企業(yè)等，生產(chǎn)加工技術(shù)水平非常低，沒(méi)有任何技術(shù)門(mén)檻。整體情況分析，我國(guó)現(xiàn)階段桿塔設(shè)計(jì)水平非常低，必須深化技術(shù)改革，促進(jìn)設(shè)備質(zhì)量水平的提升。

2 、輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 斜柱基礎(chǔ)與直柱基礎(chǔ)的比選優(yōu)化

(1)斜插式基礎(chǔ)與直柱式基礎(chǔ)相比，斜柱基礎(chǔ)順鐵塔主材斜向方向，減少柱頂水平力和地基應(yīng)力，其主柱和底板彎矩也相應(yīng)減小，同時(shí)提高了基礎(chǔ)的抗傾覆和穩(wěn)定性。(2)斜插式基礎(chǔ)可降低混凝土的用量，同時(shí)可降低鋼筋的用量，其經(jīng)濟(jì)效益明顯。(3)對(duì)耐張塔且作用力較大的基礎(chǔ)，等截面斜柱基礎(chǔ)較直柱而言可節(jié)省材料，降低造價(jià)。斜柱基礎(chǔ)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)110Kv～500Kv線路中首選基礎(chǔ)型式。

2.2 鐵塔塔身橫斷面樣式分析

一般來(lái)說(shuō)，高壓輸電線路所用的直線型鐵塔的塔身橫斷面樣式，有長(zhǎng)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(dān)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(zhǎng)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(qiáng)。因一般500kV電壓等級(jí)的線路為主網(wǎng)電源點(diǎn)輸出線路，其安全性、穩(wěn)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(yōu)化

對(duì)有相同斜材形式的鐵塔身部而言，能夠?qū)ζ渲鞑暮托辈漠a(chǎn)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(kāi)這三個(gè)獨(dú)立的變量確定的，即為(塔腳根開(kāi)－塔身瓶口寬度)/塔身高度。當(dāng)塔頭形式和呼高確定后，塔身就是一定值，這時(shí)塔身坡度就由塔身瓶口寬度和塔腳根開(kāi)來(lái)確定。塔腳根開(kāi)與塔身瓶口寬度的差值越大，塔身坡度越大；塔腳根開(kāi)與瓶口寬度的差值越小，相應(yīng)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(yōu)化實(shí)際上就是鐵塔根開(kāi)的優(yōu)化，鐵塔根開(kāi)的大小會(huì)控制塔身主材，進(jìn)而影響整基塔的重量，同時(shí)還會(huì)對(duì)基礎(chǔ)作用力的大小產(chǎn)生較大的影響。塔身坡度越小，鐵塔斜材越短。同時(shí)，斜材受力也越小，斜材重量將會(huì)減輕，但鐵塔主材內(nèi)力將加大，主材規(guī)格就越大，根據(jù)計(jì)算，鐵塔主材一般要占整個(gè)塔重的40%左右，主材的大小對(duì)塔重的影響最大，因此，坡度越小塔重反而會(huì)增加。反之，塔身坡度越大，根開(kāi)就越大，塔身主材內(nèi)力就越小，主材規(guī)格就相應(yīng)減小，但此時(shí)，鐵塔斜材長(zhǎng)度會(huì)增長(zhǎng)，內(nèi)力隨之而增大，斜材規(guī)格將會(huì)急劇增加，斜材基本受長(zhǎng)細(xì)比控制，很明顯，也是不經(jīng)濟(jì)合理的。

2.4 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造優(yōu)化

節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)方面可以參考以下幾個(gè)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(chǎn)生兩面連接桿件對(duì)孔布置的現(xiàn)象；b.要盡可能地避免產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)板受彎、桿件偏心連接等現(xiàn)象；c.要盡可能地降低節(jié)點(diǎn)板面積，選擇緊湊式連接節(jié)點(diǎn)；d.為減少桿塔重量，應(yīng)盡可能地對(duì)包角鋼連接數(shù)量進(jìn)行控制；e.推薦使用多排螺栓，來(lái)對(duì)斜材、主材進(jìn)行布置。

2.5 合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)

對(duì)桿塔構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以合理運(yùn)用計(jì)算機(jī)放樣繪圖等方法，同時(shí)結(jié)合手動(dòng)校正的方法，實(shí)現(xiàn)桿塔基礎(chǔ)構(gòu)造的合理設(shè)計(jì)。在針對(duì)桿塔基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)以桿塔構(gòu)造環(huán)節(jié)的最佳方案作為依據(jù)，建立和完善力學(xué)模型，并且針對(duì)桿塔基礎(chǔ)強(qiáng)度進(jìn)行深入分析，對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行完善，確保桿塔基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定牢固。最后環(huán)節(jié)利用計(jì)算機(jī)，綜合考慮相關(guān)設(shè)計(jì)方案、強(qiáng)度分析以及優(yōu)化方案等，對(duì)施工圖進(jìn)行確定，制定施工環(huán)節(jié)明細(xì)表。這種方法可以確保桿塔基礎(chǔ)之間保持獨(dú)立，可以促進(jìn)各部分的聯(lián)系性的加強(qiáng)，保證架空輸電線路桿塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)施工更加自動(dòng)、高效。

總之，桿塔結(jié)構(gòu)是輸電線路的關(guān)鍵部位，其作用是為了確保電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行，但是就目前而言，我國(guó)輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)方面還存在一些問(wèn)題，包括自然因素、人為因素等，均有可能會(huì)對(duì)我國(guó)輸電線路產(chǎn)生一定的影響，繼而產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)損失?；诖?，本文對(duì)輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，對(duì)輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)策進(jìn)行研究，對(duì)以后輸電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)展望進(jìn)行探討。

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