浅议输电线路铁塔基础抗震设计

彭军

（贵州送变电工程公司 贵州省贵阳市 550002）

浅议输电线路铁塔基础抗震设计

彭军

（贵州送变电工程公司 贵州省贵阳市 550002）

本文首先对输电线路铁塔地震灾害产生的原因进行了总结，然后从铁塔基础抗震设计的验算范围，计算方法等方面对其设计方法展开了具体分析。

输电线路；铁塔基础；抗震设计

我国分布着世界两大地震带——环太平洋地震带和喜玛拉雅—地中海地震带，地震灾害频发，会给电力设施带来不同程度的破坏，严重影响正常供电，给电力事业的发展造成了不利影响。因此，在我国社会经济快速发展的时代背景下，国家对基础设施抗震能力的要求不断提高，输电线路铁塔作为电力设施的重要组成部分，选择科学的抗震设计方法，对其结构进行优化，增强抗震能力，对于促进电力事业的发展具有重要意义。

1 输电线路铁塔地震灾害的产生原因

1.1 地震强度过大

如果地震的强度超过了输电线路铁塔的抗震强度，就会导致地震灾害。对于处于地震断裂带周围的输电线路铁塔而言，一旦出现强度较大的地震，超过了设计的承受能力，就会因为滑坡和断层错动等因素，导致铁塔基础遭到严重破坏。以2008年汶川8.0级大地震为例，断层地表使很多输电线路的铁塔基础发生了严重破坏。

通常，公共基础设施的抗震强度是根据国家目前的科技水平以及经济能力决定的。随着人们对地震研究的不断深入，抗震强度也会作出相应调整。综合考虑多方面因素，对抗震水平进行规定，设置的标准不宜过高。在输电线路铁塔基础的设计阶段，应远离断裂带。

1.2 场地因素

导致输电线路铁塔基础破坏的另一个重要原因，是地震产生的一系列次生灾害，例如山体滑坡、裂缝啊、垮塌、山体移位等。这些次生灾害会对输电线路的路径和铁塔场地产生决定的影响。有相关的研究显示，如果输电线路铁塔位于抗震的优势地段，即使遭受较强的地震，也不会产生严重的破坏。

1.3 地基液化

除了上述原因之外，没有对地基的液化进行准确判断，或者是没有及时采取有效的措施对已经液化的地基进行处理，也是导致输电线路铁塔基础失效的重要影响因素，以致发生杆塔倾斜和坍塌等事故。

2 输电线路铁塔基地的抗震设计

2.1 验算抗震设计的具体范围

（1）混凝土结构杆塔。目前，我国的输电线路杆塔的混凝土结构主要有两种类型，即预应力混凝土电杆和混凝土高塔。很多设计者侧重于对后者的抗震设计，但是却忽略了前者，几乎未采取任何抗震措施。混凝土结构的抗震能力较低，在地震中遭遇的破坏普遍。通过分析其结构发现，在抗震强度≥Ⅷ度的地区，可以采取控制地震荷载组合结构的方式，来对预应力混凝土电感进行抗震设计。近几年来，这种结构主要应用于北方地区≤220kV以及其他地区≤35kV的输电线路。基于全寿命周期成本理论，混凝土电杆破坏后，恢复所需的费用较低，但是在重要线路中，会造成较大的断电损失和社会影响。所以，对抗震强度≥Ⅷ度地区中比较重要的输电线路和铁塔基础进行抗震设计时，应先进行抗震验算。

（2）自力式铁塔。输电线路铁塔的抗震性较高。通过分析不同地震强度下铁塔的反应可知，防震强度为Ⅶ度的任何场地，以及强度为Ⅷ度的Ⅰ～Ⅲ类场地，铁塔在地震作用下产生的效应通常低于风荷载的作用效应；而对于防震强度为Ⅷ度的Ⅳ类场地和强度为Ⅸ度的所有场地，铁塔中大部分结构的地震作用效应也会低于风荷载效应，但是铁塔的腿部、身部倾斜等负责承担抗扭转作用的主要构件，地震产生的效应则会高于风荷载效应。铁塔结构对地震的反应较大，通过分析其动态特性发现，以扭转为主的阵型的早期塔型，其抗扭结构的地震反应会大于晚期塔型。

2.2 抗震的计算方法

（1）静力理论计算。基于这种理论的抗震计算会将建筑物的通力特点产生的影响排除在外，对其绝对刚性进行假设，地震发生时，建筑物和地面的运动完全相同，构建物加加速与地面运动加速度的最大值一致，那么构建物承受的最大地震荷载计算公式为：N=m·v。其中m表示构建物的质量，而v则表示地面最大加速度。这种计算方法的最大特点就是简便，而且根据这一理论设计的大多数建筑物都具有较好的抗震性能，经受住了地震的考验，所以在极个别国家中的抗震设计规范中仍然使用。但是这种计算方法具有较大的局限性，就是完全忽略了结构本身动力特点对抗震荷载力的影响，是一种理想化的计算方法，适用范围有限，只有结构的固有周期远远低于地面运动的周期性时，其结构才不会在地震中发生形变。从这一点来看，静力理论计算方法大多用较矮和刚性较大的建筑物中。

（2）反应谱法计算。这种计算方法又可以叫做动力法，其主要理论时，将单质点体系在世纪地震作用下产生的反应作为依据，对结构的反应进行分析。这种方法对地震过程中的地面运动特点和建筑物自身的动力特性，是当前应用最广泛的抗震设计方法。

（3）时程分析法计算。虽然反应谱法在抗震设计中的应用比较普遍，但是在对多质点体系进行分析时，反应谱只能计算出各个结构振型反应的最大值，却无法计算出最大值和振型组合相关的重要数据，所以无法为不同振型最大值的优化组合提供可靠依据。随着我国科学技术的迅速发展，计算机的普及，我们可以将实际地震产生的加速度时程记录下来，然后输入到结构计算模型，这种直接对结构地震反应的方法就被称之为直接动力法，也就是时程分析法。该计算方法的最大特点就是能够直接获取地震过程中结构节点不同时刻的位移、速度和加速度，计算出其对应的地震内力。

3 结束语

综合上述分析可知，地震强度过大、场地因素和地基液化是导致输电线路铁塔地震灾害发生的主要原因，为了提高其抗震性能，可以结合实际情况，综合采用静力理论、反应谱法和时程分析法。

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TM753

A

1004-7344（2016）32-0138-01

2016-10-18

彭军（1984-），男，汉族，工程师，大学本科，主要从事输变电工程勘察设计工作。