高压输电线路铁塔结构设计要点分析

孙宇爽

【摘要】随着我国实施进行的“十二五”规划，社会经济势必将会取得一个全面快速的发展时期。作为国内经济发展人人皆知支柱产业的电力行业，如何建设好输电线路是电力建设事业的头等大事。本着为了节省建设材料，使建设成本得到有效降低，针对高压输电线路铁塔结构的优化设计，许多相关科研单位及学者们对其十分的关注。本文笔者深入分析研究了我国目前高压输电线路铁塔结构优化设计中遇到的具体问题，然后对铁塔结构设计的选型提出了个人的几点建议与见解，希望提供给同行们的一些参考与借鉴价值。

【关键词】输电线路;铁塔结构;优化设计;选型

一、引言

随着国内电网建设规模的逐步扩大，在电力系统发展中推动高压输电线路的建设已经成为必然的趋势。高压输电线路在整个供配电系统中扮演着非常重要的角色，它能够把电能从遥远的山区地方输送给城市电力负荷区域，为城市提供了平衡的供电，其在整个农业与工业的发展作用不言而喻。因在高压输电线路工程当中，其施工环境具有一定的特殊性，怎样按照设计单位提供的图纸使工程的施工质量与进度得到有效保证，这也是工程施工中值得重点关注的问题。本文提出分析及探讨了输电线路铁塔结构优化设计，并列举一些具有代表性的设计理念与思路。

二、铁塔结构优化设计的详细事项

在铁塔结构设计当中，要求在外力的效用下其结构不但要具有充足的刚度与强度，而且尽量能够减少投资成本，这就是铁塔结构优化设计的目的所在，同时还需保证预定结构的安全性与节约能源，如此必然存在着矛盾性，若想对该些矛盾加以处理好绝非易事，因此应当通过对铁塔结构进行优化设计来达成，优化设计在工程技术中将会得到越来越多的应用。

1.塔身坡度的优化设计

使铁塔重量直接受到重大影响的就是塔身的坡度，其对主材的规格与斜材的长度也有所影响，为了获得科学合理的塔身坡度，可选取试算法或者动态规划法，这样有助于主材的受力充分且相对均匀，确保铁塔的刚度有所充足，也即是目前满应力的主旨所在。

2.塔身布材格局的优化设计

在满足斜材和水平面夹角准则的情况下，使斜材的受力特性得到充分的发挥，也即是优化塔身节间，使得节间内的主材长度全部为最优的长度，这样能够让节间内的填充材得以减少，从而实现优化结构的效果，以至使铁塔的单重有所降低，指标相应得以减小。

3.塔身隔面的设置

在塔身的变坡端布置好隔面，能够使塔身主材传递的扭矩得到有效平衡，结构的刚度也得到相应的保证，在塔身的坡段不变情况下，隔面布置的间距应当小于宽度的五倍，也应小于四个主材分段，隔面一定要是一个几何不变的架构。

4.塔头尺寸的優化设计

按照间隙圆能够规划出许多塔头尺寸，经由相关的优化计算与相互比较，主要以塔重最轻作为实际出发点，这样才能够获得最佳的塔头尺寸。

5.局部结构中细部的优化设计

主材和斜材的连接点可以使连接板的大小得以减小，对塔重的优化起着难以磨灭的效用。在横担根部的连接方式中，采用倒K材进行布置，这样不但能够降低杆件的长度，而且可有效避免横担主材连接板产生的弯曲所发生的事故。

三、铁塔结构设计选型的有效途径分析

在国内高压输电线路的建设前期阶段，通常不太在乎对地高度的要求，铁塔的高一般在同类塔型中都不是最高的，因此在设计过程中能直截了当地选择塔型的高度。但对于高压输电线路铁塔的设计方面而言，若果结构设计存在欠缺合理性，势必会造成塔脚的根开有所增大，如此会影响到铁塔的稳定性与安全性。除此之外，若高压输电线路铁塔处于长时间停电的作业状态，自然电网的安全可靠与稳定性就不高，所以问题的核心就是怎样优化铁塔结构设计选型。

1.传力路径的相关优化

传力路径的清晰度高，能够让设计人员充分地对结构的受力分析加以掌握，为了能防止塔身底部斜材同时受压出现的欠佳情况，在直线塔与承力塔瓶口的首节间当中，应当都选取K型节点进行布置。为了可以预防横担的剪力经横担上下向塔材进行传递，致使塔头位置与横担材的主材的连接有所增大，所以横担下面靠于塔身旁边的一档斜材设置改为K型材，如此能够使得导线的纵向荷载经由塔身隔面传递至塔身上，使其大偏心的问题得到了解决，同时使横担根部连接板弯曲造成的失稳得到有效的避免，且杆件长度也相应得到了减少，规格也有所变小，以致减轻了塔重。

2.杆件连接应当紧凑，有效减少节点板用量

与国外同种类型塔进行相比，我国目前的塔材单基耗量通常相对较重。除了因钢材的机械性能差异性与压应力稳定的公式计算等条件之外，较高的节点板用量总是存在着。当前许多设计院都十分重视节点构造设计的革新，在杯塔上与下曲臂内侧当中主材的负端距相对较大，连接板上面仍然应当布设加劲角钢与加劲板，使其节点刚度有所增加;本塔上与下曲臂的外侧主材可以改成短角钢外包连接，让各主材连接螺栓过于集中得以避免，可使上与下曲臂内侧端主材的负端距大大得到减小，从而能够实现连接节点更为紧凑，刚度得到一定的加强，使节点连板得到有效减小的效果。

此外，还对直线塔地线支架与横担的连接有所改进，同时使节点板面积减少了许多。若要减少螺栓的个数，可使螺栓强度等级得以提高，但是效果往往并不理想，通过有效验证表明，受孔壁挤  压控制者相对占据多数。参考一些国际上的铁塔杆件，在多螺栓连接方式中，其斜材杆件通常和主材有直接的相连，既可使连接板的用量得到减少，又让主材和板的连接螺栓有所减少，且螺栓的抗剪强度与孔壁挤压强度的取值都高于国内，在该方面的探究我们还需有待加强。

3.加长杆件构造的长度，有效减少包铁连接的数量

铁塔杆件长度在以往会受到塔厂镀锌设备方面的制约，塔材需要多段进行连接，杆件长度通常不宜大于八米。但现在许多塔厂已更新换代，不断在改进，采取相对较大的镀锌锅，镀锌杆件能够达到十二米之长，为设计选取更加长的杆件提供了有利条件，这样有利于减少杆件包铁数量，能进一步使塔材耗量得到有效降低，从而节省一定的加工成本。

四、结束语

电力事业是我国国民经济的重要支柱产业，它的稳定健康发展造福着人类，而高压输电线路铁塔是电力系统传输的主要工具，随着国内电力行业的迅速发展，铁塔的需求量也与日俱增中。因此电力行业的如何优化铁塔结构设计在电力系统建设中显得尤其的重要，这无疑给施工企业提供了广阔的市场空间与全新的机遇与挑战。

参考文献

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[3]建筑结构荷载规范.GBJ9-87 GB5009-2001.