输电铁塔设计结构布置优化方案(输电铁塔设计结构布置优化建议)

导语：输电铁塔设计结构布置优化

.

结构布置在安全的前提下需满足运行检修(如爬梯、平台、走道的设置)、加工(如焊接、火曲等)和安装要求。

.

1、 塔身斜材的布置优化

塔身主要受力斜材约占塔身部分重量的50％，占全塔总重的30％左右。塔身斜材的布置是否合适，直接影响到塔重和工程造价。

塔身斜材常用的布置型式有：交叉式、“正K型”、“倒K型”等布置，单一的交叉布置型式容易使斜材产生同时受压，几种方式组合布置可以避免同时受压的发生，使斜材受力成为拉压系统，充分利用拉压系统的受力特性（拉杆对压杆的稳定计算起支撑作用），可减小斜材规格，降低塔重。

常用的塔身交叉斜材布置方式有单分式（如下图的型式一）和再分式（如下图的型式二～型式四）。无论采取哪种斜材布置方式，最主要的问题就是斜材与水平面的夹角a的大小，a的大小直接决定了斜材的受力大小，a越大，斜材抗外荷载的力距越小，斜材受力就越大，斜材规格也越大；反之，a越小，斜材抗外荷载的力距则越大，斜材受力就越小，斜材规格也越小，但斜材数量就越多。根据±800kV直流线路荷载及计算情况，并结合500kV线路铁塔斜材布置的经验，通过计算，当斜材与水平面的夹角a控制在35°～45°之间时，塔重最轻。

.

.

2、 横隔面设置的优化

根据构造要求：在铁塔塔身变坡处、直接受扭力的断面处和塔顶及塔腿顶部断面处必须设置横隔面；在塔身坡度不变段内，横隔面设置的间距一般不大于平均宽度的5倍，也不宜大于4个主材分段。

合理设置横隔面可加强铁塔整体刚度，对因外荷载产生的扭力、减小塔重、均衡塔身构件内力具有明显的作用。

对于塔身不变坡段内横隔面的设置位置一般有以下三种方式（如下图），对于方式三由于隔面横材连接较为单一，在采用法兰或焊接连接的、且不减小计算长度的大跨越钢管塔上使用最多（此时一般按拉杆考虑），而对于一般线路角钢塔，采用该方式容易引起塔身交叉斜材同时受压，且隔面横材受力较大，计算长度很长，横材规格很大，从而引起塔重增加。而方式一和二避免了方式三的缺点，充分利用了其对铁塔杆件内力分配的调整作用，消除了塔身交叉斜材的同时受压情况，优化了斜材受力，降低了钢材耗量，同时还加强了铁塔的整体刚度，提高了铁塔运行的可靠度。因此对于角钢塔而言，塔身不变段内的隔面设置采取方式一和二的型式明显优于方式三。

.

.

3 、构件计算长度的确定

铁塔构件的承载能力与构件的长度、截面面积及材料屈服点有关。当构件的规格由强度控制时，构件需要选取的截面面积（规格）与其所承担的内力成正比，内力愈大，所需截面面积愈大。当构件的规格由稳定控制时，构件规格的选取则不仅仅与其所承担的内力有关，还与构件本身的长度有关，内力不变时，构件的长度越长，所需规格越大；而长度不变时，内力越大，所需规格也越大。因此，当外荷载一定时，构件计算长度是否合适，会严重影响其截面的选择，直接影响塔重。

最佳的构件计算长度就是构件的强度与稳定相当时的计算长度（即临界长度），要实现该目标，对于轴心受压的主材容易实现，但对于偏心受力的斜材一般很难达到，由于斜材往往较长，要实现其强度与稳定相当，势必增加许多辅助支撑材，从而导致塔重增加；且铁塔构件布置密集，增加了挡风面积，也导致了外荷载增加，而影响塔重。

常用主材的临界长度表

.

注：表中L180以上角钢按M24的螺栓考虑，其余按M20的螺栓考虑减孔。

由上表可得出，钢材的设计强度越大则临界长度越小，即Q420钢种比Q345钢种的临界长度要小。角钢肢宽在140～160的主材，当采用Q345时，最小轴布置的计算长度取1.3～1.4m最合适，而当采用Q420时，最小轴布置的计算长度取1.2～1.25m最合适；对于角钢肢宽在180～200的主材，当采用Q345时，最小轴布置的计算长度取1.6～1.65m最合适，而当采用Q420时，最小轴布置的计算长度取1.45～1.50m最合适。

当然，节间长度的确定还受塔身的分段、接腿及外形尺寸等因素的制约，同时考虑到节间长度对斜材、辅助材的影响以及腹杆布置形式对主材的内力影响，往往很难理想地使主材长度达到按稳定计算的承载力等于按强度计算的承载力，但利用此长度作为拟定节间长度的参考值，对杆件布置形式、节间长度的进一步优化，降低塔重具有重要作用。

.

4 、耐张塔的角度分级

耐张转角塔的荷载与直线塔有着本质上的不同，①是耐张塔的纵向荷载远大于直线塔，纵向荷载的大小主要取决于导地线的最大使用张力和代表档距。②是耐张塔所承受的横向荷载远大于直线塔，除了横向风荷载外，最主要的是角度力的影响，而角度力的大小主要取决于耐张转角塔的转角度数。③是耐张塔需承受极大的扭转荷载，主要是断线荷载（耐张塔的导线断线荷载是最大使用张力的70％，而直线塔仅为20～30％），当然对于重冰区还存在不均匀脱冰荷载而引起的扭转荷载。

在这三种荷载中，纵向荷载及扭转荷载是不可避免的，而横向荷载主要取决于转角度数的大小，因此，耐张塔的转角度数规划直接影响到塔重。

.

5、 数据信息

(1)计算长度

(2)最小轴和平行轴的输入

(3)杆件的受力状况和约束情况

关于节点对杆件的约束判断

新设计塔除非双面连接主材外的其他杆件按偏安全考虑即按两端无约束考虑；而对于验算塔，则可参照下例考虑：

.

节点(a)：酒杯塔瓶口节点，节点板厚比腹杆肢厚大2mm以上；板在塔身主材和瓶口横材(或下曲臂内主材)两个方向的角钢上有多个螺栓连接，此节点板刚度比一般节点板的刚度大。腹杆①视为受到约束，腹杆②(视作腹杆时)也视为受到约束。

节点(b)：干字塔横担与塔身连接节点，具有节点(a)的特点。腹杆①、②均视为受到约束。

节点(c)：腹杆与主材连接节点，节点板厚大于腹杆肢厚。腹杆①有两个螺栓连接在节点板上，同时有1个螺栓连接在主材上,视为受到约束；腹杆②有2个螺栓连接在主材上，视为受到约束。

节点(d)：腹杆与主材连接节点，节点板厚大于腹杆肢厚。腹杆①有1个螺栓连接在主材上，同时有1个螺栓连接在节点板上，视为受到约束；腹杆②有两个螺栓连接在主材上，视为受到约束。

节点(e)：腹杆与主材连接节点，节点板厚大于腹杆肢厚。根据《美国导则》97版增加的建议条件：腹杆①虽有2个螺栓，但仅连接在节点板上，视为未受到约束；腹杆②有1个螺栓连接在主材上，同时有1个螺栓连接在节点板上，视为受到约束。

(4)同时受压信息

(5)减孔数量

(6)风振系数及迎风面的影响系数

(7)风速起算高度

.

本文内容由小娴整理编辑！