110kV钢管杆在工程设计中的几点体会

段晨艳

摘 要：钢管杆是一种实用新型铁塔，结合东营地区一些输电线路的设计经验，对110kV输电线路钢管杆的截面、根径、梢径、挠度、选材等设计参数进行了最优推选，对在法兰连接、地脚螺栓、灌注桩基础设计中需注意的事项进行了总结。

关键词：110kV输电线路；钢管杆；灌注桩

1 概况

钢管杆是一种实用新型铁塔，外表美观，占地面积小，性价比高。塔体采用分节段结构，通过法兰用高强度螺栓连接，具有结构简单、加工制造容易、运输方便、安装快捷特点，能附合各种较复杂场地的安装。并且运行安全可靠，维护工作量少。因此钢管杆在架空送电线路工程中得到了广泛的应用。

2 钢管杆设计

钢管杆依据《架空送电线路钢管杆设计技术》进行设计，钢管杆计算采用北京道亨公司NSA钢管杆设计系统（2009）版。设计上要做到安全可靠、经济合理，设计中参数的选取尤为重要。下面我就将我在工程《110kV九广、九安线路工程》中获得的一点经验与大家一起分享。

2.1 设计使用的条件

本工程位于东营地区，线路为110kV双回路，水平档距200m，垂直档距250m，结构重要类别为二级。本地区的气象设计条件，即最大风速为30m/s，设计最大覆冰为10mm，最低气温-20℃，最高气温40℃；最大覆冰10mm；导线型号LGJ-240/40，安全系数5，地线型号 GJ-50，安全系数7；呼称高18～21m；这些参数均由电力专业提供。

2.2 杆型选择及优化设计

一般钢管杆采用正多边形的杆段，钢管杆由横担、杆身、底板三部分组成。钢管杆的材料：一般直线杆、选用Q235横担，转角、选用Q345终端杆，法兰材料与主杆一致。

2.2.1 横担形式

横担采用箱型变形截面型式，即雁翅型横担，增加了杆型的整体美观性。横担不宜直接与杆身连接。在杆身上焊接靴梁支座，使横担传来的外力得以分散，以避免杆体局部压曲。横担根部高宽比约为1.5∶1，一般取根部高210～350mm，根部宽200～250mm，稍部高100mm，稍部宽150mm，钢板厚度10mm。

2.2.2 杆身主柱

钢管杆主柱受钢模长度、直径的限制，可根据结构受力、变形等要求，较随意调整杆段的长度、坡度、壁厚等设计参数，使设计更趋于合理化。杆身设计主要从以下几点控制：

（1）主杆分段：从杆顶至杆底方向（从上到下），杆段长度尽量做到上长下短，因壁厚是递增的，杆段长、杆壁厚直接影响杆重。另外，还要结合横担位置调整每段的杆长，使其与横担的距离大于500mm，以便法兰的安装。由于受到运输、模压、热镀锌的工艺限制，每段杆长控制在10m左右。

（2）主杆截面及尺寸：圆形截面受力最优，但由于钢管杆是一个压弯结构，其受力以弯矩为主，在杆身一侧存在很大的拉力，设计时尽量避免横向焊缝，以免造成杆身横向断裂事故。杆身通常采用正多边形，直线杆和小转角杆采用12边形，60°以上的转角杆采用16边形。钢管杆是以杆顶挠度、强度、径厚比来控制的。根据《架空送电线路钢管杆设计技术》DL/T 5130-2001规定，直线杆5‰，转角和终端杆20‰的挠度限值，根径、梢径的大小直接影响挠度数值，钢管杆的力学模型为一个悬臂梁，挠度与截面惯性矩I成反比，计算公式：I=c·D3t，其中c为与截面边数有关的常数，钢管杆直径D对挠度的影响远大于壁厚t，因此扩大梢径尺寸，可使钢管杆的整体刚度显著提高，钢管直径D与壁厚t的比控制在100以内。根据设计的多条线路的计算，总结出110kV双回路钢管杆直径的经验取值。（见表1）

（3）杆体之间的连接：杆体之间的连接通常采用法兰连接。杆段间采用法兰连接，避免了施工焊接，有利于保护主杆镀锌层不受破坏。中间法兰连接螺栓宜采用6.8级高强度螺栓，螺栓直径不小于16mm，由设计系统优化计算所得螺栓的数量多、法兰盘外径小、法兰肋板小，经济性比较好，由于每个螺栓间操作空间小，不便于安装，故需人为调整螺栓的数量，以螺栓间距控制在约100mm为宜。法兰盘和杆身主柱采用焊接方式，需要注意的是杆体与法兰之间内外连接焊缝承载能力之和不应小于杆身承载能力，如图1所示。

2.2.3 底板

底板采用法兰盘和杆身主柱下节底部焊接方式，利用地脚螺栓与钢管杆法兰盘连接。地脚螺栓采用45#优质碳素结构钢，由于钢管杆地脚螺栓数量较多，在施工中很难准确定位，解决办法是采用定位锚板，与底板法兰同时钻孔加工，使地脚螺栓、锚板组合为一个整体。做法如图2所示。

2.3 钢管杆基础

钢管杆基础一般采用钢筋混凝土台阶式独立基础和灌注桩基础。独立基础以天然地基作持力层，属于浅基础，适合于地基承载力较好，有较大的位置空间，土质比较均匀的情况下选用。由于高压送电线路一般位于荒地郊外或公路边，或交通不便，或地理位置空间密集，加之该地区地下水位较高、工程地质条件较差、工期紧等因素，采用独立基础难以满足要求，而灌注桩具有技术成熟、施工速度快、施工工艺简单，具有良好的承压、抗水平力等特点，并可在多种土层中成桩，不受地下水位的限制，因此在本地区被广泛采用。110kV双回路钢管杆基础采用独立桩基础，桩顶水平位移对桩径起主要控制作用，这里需要提醒一下，灌注桩直径除满足经优化计算的结果外，还应满足下式要求：D≥D1+2（d1+d2+d3+e）+10，这样才能保证地脚螺栓顺利放入，式中字母含义如图3所示。

3 结束语

随着城市建设高速发展，电网建设势必也会迅速发展，钢管杆的应用会越来越广泛，本文结合自己的部分工程总结了几点经验，希望对今后的类似设计能有所帮助。据统计，钢管杆造价约占送电线路工程本体造价的40%左右，对工程的造价有着很大的影响，因此，在确保质量、安全适用的前提下，钢管杆的优化设计非常重要，做到设计上技术先进、经济合理仍是我们大家共同的任务。

参考文献

[1]沈才元，章志鸿.110kV钢管杆设计的几点思考[J].华东电力，2005，31（12）：32-34.

（作者单位：中石化石油工程设计有限公司）