改变施工顺序对杆塔受力影响的探讨

广东电网发展研究院 陈锟

0 引言

为明确绿色电网的技术要点、评价方法及行动计划，中国南方电网颁布了《3C绿色电网建设指南》（下称指南）。指南明确了在规划、设计、施工、运行等各环节中，节地、节能、节水、节材与环境保护等措施与要求[1]。本文从节材出发，结合杆塔设计中的荷载组合情况，提出优化的施工安装方案，旨在减少安装工况下的荷载效应，为日后杆塔设计提供依据[2,3]。

1 思路方法

根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》中关于导地线施工安装的要求，安装顺序大致可组合为：从上至下，从左至右或从右至左，从本侧至另侧，先地线后导线[4-8]。通过将施工安装荷载进行组合，可模拟出前（后）侧导线已锚，另侧未锚的情况，这种组合下将出现最大施工弯矩效应，而左侧导线已锚，右侧未装的情况则将出现最大施工扭转效应。为了减小导地线安装情况下的弯曲和扭转效应，现对安装顺序做以下修改：将回路作为施工单元，即将单一回路的前后侧导线均架线完毕后，再进行下一回路的施工。通过这种荷载组合以减小安装荷载对塔身弯矩和扭矩的影响。

2 结果分析

本文对某四回路Ⅰ型转角塔（0°～20°）进行分析，模拟优化前后的杆塔安装施工荷载，利用《自立式铁塔内力分析软件》（简称：TTA）进行杆塔分别进行安装工况和全工况荷载计算，得出结果如下：

2.1 安装工况

2.1.1 计算结果

表1 主材受力变化对比表

图1 塔身主材受力变化图

图2 塔腿主材受力变化图

表2 塔身斜材受力变化对比表

图3 塔身正面斜材受力变化图

图4 塔身侧面斜材受力变化图

表3 塔腿斜材受力变化对比表

图5 塔腿正面斜材受力变化图

图6 塔腿侧面斜材受力变化图

2.1.2 分析[9,10]

从图表结果分析，通过优化导地线安装顺序，杆塔杆材受力有了明显的变化。

塔身、塔腿主材拉、压力核减明显（图1、图2），塔身主材核减比例从上至下增大（表1），最大达到20.5%，塔腿主材核减比例在26.9%以上。在在塔头位置出现局部杆件增加，原因在于导地线的安装竖向荷载引起的弯矩效应增大导致。

塔身斜材受力变化可分为两个区段（图3、图4），上半部区段（1#～7#）受力变化不明显，下半部分区段（8#～12#）受力明显减小，核减比例在19.8%以上（表2）。上半区段受力变化较小，原因在于安装工况调整前后，对上层双回路而言，荷载组合没有变化，受力变化不明显。下半区段由于安装工况的调整，弯矩和扭转效应有了明显变化，导致受力变化明显。

塔腿正面斜材受力变化明显（图5），核减比例在20%以上（表3），侧面斜材受力变化较小（图6）。对边坡以下的斜材，扭转和弯矩效应均对杆件受力产生影响，但是效应方向相反，正面斜材在扭转效应Tz和弯矩效应My的影响下受力明显减小，而侧面斜材由于工况调整后，弯矩效应Mx减小了，使得侧面斜材收力减小不明显。

2.2 全工况分析

2.2.1 计算结果

表4 塔身主材受力变化对比表

图7 塔腿正面斜材受力变化图

图8 塔腿侧面斜材受力变化图

表5 塔身斜材受力变化对比表

图9 塔腿正面斜材受力变化图

图10 塔腿侧面斜材受力变化图

表6 塔腿斜材受力变化对比表

图11 塔腿正面斜材受力变化图

图12 塔腿侧面斜材受力变化图

2.2.2 分析[9,10]

从图表结果分析，相较单纯的安装工况，全工况计算下，杆塔部分杆件控制工况由安装控制转化为其他工况控制，受力核减比例减小。

塔身主材，上半区段（1#～7#）核减较为明显（图7、8），最大核减比例为12%（表4），下半区段（8#～12#）受力没有明显变化（图7、8），原因在于上半区段的主材受安装控制，安装产生弯矩效应得到了优化，而下半区段的主材开始转由正常大风控制，弯矩效应没有变化。

塔身斜材受力变化可分为两个区段（图9、10），上半部区段（1#～7#）受力无变化，下半部分区段（8#～12#）受力较为明显，最大核减比例为14.8%（表5）。上半区段受力无变化，原因在于杆件主要受断线工况控制。下半区段，工况调整后，斜材控制工况由安装工况转变为断线工况控制，有一定比例的折减。

塔腿斜材主要由安装工况控制，变化情况与仅考虑安装情况下的计算分析结果一致。

3 结束语

施工工况作为杆塔计算工况的重要组成部分，对杆塔中的较大部分杆件受力起控制作用。本文通过改变施工安装顺序，利用TTA有限元分析软件，对某四回路Ⅰ型转角塔分别进行安装工况和全工况作用下的分析计算，得到杆塔构件的受力改变情况。得出结论如下：

1）在杆塔施工架线阶段，施工顺序的调整对杆塔在主材和斜材的受力均有改善，特别是在塔身主材、塔身下层双回路斜材和边坡以下的正面斜材影响最大。荷载组合的优化大大改善了杆塔的受力情况，增大了杆件的安全余度，提高杆塔整体的安全性。

2）通过全工况的分析计算，施工顺序的调整对塔身受力有一定比例的核减，特别是塔身侧面斜材、塔腿正面斜材受力明显改善。通过精确的模型计算，采用优化的施工架线的杆塔，在设计阶段，其部分杆材可以适当减小构件型号，降低塔重指标，达到节材的目的。

[1]3C绿色电网建设指南[Z].中国南方电网有限责任公司,2013.

[2]王璋奇,输电线路杆塔设计中的几个问题[J].电力建设,2002(1).

[3]傅春蘅,高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J].电力建设,2003(1).

[4]GB 50545-2010,110kV～750kV架空输电线路设计规范[S].北京:中国计划出版社,2010.

[5]DL/T 5154-2012,架空输电线路杆塔结构设计技术规定[S].北京:中国计划出版社,2012.

[6]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册（第二版）[M].北京:中国电力出版社,2003.

[7]余诗俊.220kV 输电线路紧线施工技术的改进措施[J].江西电力,2010(1).

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[9]J.M.盖尔.杆系结构分析[M].北京:水利电力出版社,1980.

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