输电线路大跨越钢管塔的结构设计分析

张洪

【摘要】现如今我国地大物博，河流众多，很多的江河已经成为了超高压架空输电线路工程的有利屏障。近几年来，我国兴起了许多的大跨越工程，在这些大工程中，跨越塔的结构设计是整个工程中最关键的项目之一。经过十几年的研究和探索，跨越塔的设计经验也在不断的丰富，它的结构也发生了很大的变化，由最开始的单一形式到目前的钢筋混凝土、组合角钢、焊接钢板和钢管结构等多种形式结合的良好局面。

【关键字】大跨越；钢管塔；结构设计；分析

前言

在我国实施西电东输、三峡外输、互域联网的背景下，输电线路大跨越钢管塔就这样的产生了。本文主要从跨越塔结构形式发展回顾，钢管塔的内力计算、断面选择和材质选用，如何计算钢管塔节点的形式与连接方式，钢管塔的构造要求这四个方面来分析输电线路大跨越钢管塔的结构设计分析。

一、跨越塔结构形式发展回顾

按结构类型来分类的话，大跨越塔的塔型主要有四种，分别是钢筋混凝土结构、焊接钢板格结构式结构、组合角钢板格构式结构和钢管结构。它们都各具特色，在工程的应用和设计上都经历了很多的考验。在1957年，有一个设计成功的案例，那就是以钢筋混凝土结构形成的输电路线高塔的钢筋混凝土烟囱塔，这在当时有很大的反响。另外，在1990年时所建立的南京大胜关跨越塔也是采用的钢筋混凝土结构，并且还能够正常运行。

与此同时，组合角钢跨越塔的应用非常的广泛，在国内，就有很多以这种结构建成的塔，如：徐上线镇江大跨越塔和珠江大跨越塔，其他地区的一些小规模的跨越工程也采用了简单方式的组合角钢铁塔的结构型式。

就目前的发展来看，在大跨越钢管塔的结构设计中有着重要位置的当属钢管塔的结构型式了，同时对这种型式的研究和推广也一直在进行着，由此看来，钢管塔结构型式的发展前景是值得期待的。

二、钢管塔的内力计算、断面选择和材质选用

（1）钢管塔的内力计算

一般来说，输电线路中大跨越钢管塔的内力计算主要是在其模型完成后用计算机软件来进行的。对于有一定高度的大跨越钢管塔，采用的是用内力分析软件分析方法，因为这种方法对计算这样高度的塔的精确度会更高。若钢管塔建立的过高或者塔头横担较长时，此时采用线性分析是不可行的，主要原因是这种分析方法产生得误差太大了，所以还要将结构的高振型和结构的二次效应考虑进去。

（2）构件的断面选择

选择构件的断面时，要结合多种因素，如结构的内力、强度等，还要考虑构件节点的局部稳定以及长细比，径厚比。当内力大小一定的时候，断面直径的增加能够节约材质，减轻塔重，但是直径的加大又会使得挡风面积的增大，风荷载的变大。另外，当管壁变薄之后，又会造成径厚的增加，这样很有可能会产生管壁局部稳定的问题，因此只有将众多因素都考虑在内，才可以保证所选断面的准确性和应用的实用性。

（3）材质选择

在近几年中，钢管跨越塔电压的分类，跨越钢管的间距都在不断的发展和进步，同时主材内力的需求也逐渐增加，但是选用钢管材料受到了多方面的限制，也一直遭遇着瓶颈。直至2001年，吴淞口大跨越塔建成的非常好，输电效率和效果都极为明显，当时钢管的材料选用的是Q3908，后来应用这种材质就越来越多了。目前使用较多的主要是高强度板材Q420、Q460，它们主要应用到大跨越输电线路塔上。

三、钢管塔节点形式和连接方式的选用

在输电线路大跨越钢管的结构中，常采用的节点形式主要有主材和斜材连接、横担等横杆和主材连接这两种。第二种的节点形式又分为了四种，分别是交叉斜材、斜材与横材、斜材与辅助材、交叉斜材与横材。每个节点的计算都应当有相应的实用范围和条件，有时候还要增加少量的加劲板来增加其刚度。就拿横担和主材处的连接节点来说吧，需要对增加壁的厚度，因为只有这样才能够保证主材的局部稳定。

钢管塔的节点连接方式主要有四种，分别是法兰连接、T、U、]型插板连接。节点连接方式的选用要由塔的结构部位、受力情况和构造的要求来决定，并且它要连接在不同的地方，主要原因是这样不仅能够保证结构有一定的受力能力还可以让钢管塔的加工和安装工作更高效率的完成，与此同时，还可以解决结构、加工、施工中所出现的各种矛盾。U型插板一般用于受力比较大的斜材连接上；T型插板大多情况下用于内力较小、管截面积较大的构件连接上；相反，]型插板用于内力大、管截面小的构件连接上，如此一来，插板既提供了截面积又使强度得到了保证。

四、钢管塔的构造要求

一般来说，钢管塔的构造是非常简单的，但是节点处的连接处的受力情况总是很复杂，主要是有的地方会出现三处受力的状况。所以在设计钢管塔的结构构造时，要避免出现这些情况，在地线挂点处、横担和塔身连接处、塔腿底板处要特别注意了，因为这些部位的结构要尽可能的符合设计的要求，避免受力不均的情况的出现。

（1）大于八毫米的插板在焊接前要剖口，大于二十毫米的插板在焊接前要进行预热。

（2）在焊接后板和薄壁鋼管时，焊接缝的高度要控制好，不能过高或过低，因为那样会使母材受损伤，进而影响钢管的承受能力。

（3）在布置塔腿法兰、加劲板时，要注意不要产生碰撞。

（4）在焊接相贯的时候，要在斜材的根部开一个排水孔，这样既能够防止镀锌时产生漏锌的情况，又能够排空雨水。与此同时，还可避免根部被腐蚀和出现冰膨胀的现象。

（5）拿交叉斜材交叉点的相贯接头说，应当加大其中的一段的直径，这样就可以避免有相同直径的情况的产生。

（6）塔体附属设施和主体部分的连接要格外注意，因为这几处不仅要满足强度要求，还需保证其不变形。另外走道、平台处还需注意其舒适度。

一般来说，钢管塔结构的特点是物件重量轻、构件的数量少、杆件长度长等，因此在对结构进行设计和施工制图时，一定要将各方面的因素考虑在内，只有这样才能够提高加工运作的效率。

五、结语

综上所述，钢管结构是输电线路大跨越的主要结构形式，并且是电力系统的重要组成部分。本文主要从四个方面讲述了钢管塔的结构设计分析。由此看出，钢管塔的结构设计是非常重要的，在今后的发展中，要进行更合理的完善和建立更全面的管理系统，从而保证钢管塔的稳定。

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