关于输电线路杆塔结构优化设计分析

崔 宏

国网安徽省电力公司经济技术研究院

关于输电线路杆塔结构优化设计分析

崔 宏

国网安徽省电力公司经济技术研究院

杆塔结构是输电线路的关键部位，对结构开展优化设计具有重要意义，在未来工作中，结合杆塔的实际受力及相关地形、地质条件，对基础型式进行合理选择，选择最佳结构优化设计方案，以此达到施工工期及环保等要求。合理选择铁塔的杆塔布置形式、铁塔断面、主材断面型式、主材坡度、腹杆布置等，以确保铁塔的安全可靠。同时应尽可能地对铁塔进行优化，以降低工程造价，保证线路的长期安全运行。鉴于此，本文主要分析输电线路杆塔结构优化设计。

输电线路；杆塔结构；优化设计

1 、输电线路杆塔结构设计现状

输电线路杆塔主要是用来支撑架空输电线路和地线的关键设备，可以让输电线路和地面始终保持一定的安全距离。如此一来，哪怕是在非常恶劣的环境条件下，输电线路也可以正常输送电能，确保用电正常。所以，输电线路杆塔结构设计水平会对输电线路的安全生产造成一定的影响。就目前来看，对我国输电线路的架线设计以及资金投入情况进行分析，可以得出杆塔投资成本占到主体投入的35%，尤其对输电线路的经济效益影响非常大。伴随我国开始组建高压网络体系，各种各样的新型输电技术开始投入应用，输电线路杆塔的建设数量也开始增多，杆塔结构得以优化，建设类型向高负荷化、大型化方向发展。和我国先进制造业的发展水平进行对比分析，现阶段杆塔设计的水平还非常低，达不到社会发展最新要求。一般来说，我国输电线路杆塔大多是专门指定企业进行生产制造，一种是国营电力设备企业，或者是由设备定点生产企业制造，此外还有手工生产企业。二者对比而言，前者具有雄厚的经济实力，而且无论是加工技术还是能力都比较强；后者大多是一些个体单位、城镇企业以及民营企业等，生产加工技术水平非常低，没有任何技术门槛。整体情况分析，我国现阶段杆塔设计水平非常低，必须深化技术改革，促进设备质量水平的提升。

2 、输电线路杆塔结构优化设计

2.1 斜柱基础与直柱基础的比选优化

(1)斜插式基础与直柱式基础相比，斜柱基础顺铁塔主材斜向方向，减少柱顶水平力和地基应力，其主柱和底板弯矩也相应减小，同时提高了基础的抗倾覆和稳定性。(2)斜插式基础可降低混凝土的用量，同时可降低钢筋的用量，其经济效益明显。(3)对耐张塔且作用力较大的基础，等截面斜柱基础较直柱而言可节省材料，降低造价。斜柱基础已经成为国内110Kv～500Kv线路中首选基础型式。

2.2 铁塔塔身横断面样式分析

一般来说，高压输电线路所用的直线型铁塔的塔身横断面样式，有长方形(即矩形)和正方形。直线型铁塔的水平荷载(即垂直于线路方向，平行于横担方向)大于其顺线路方向的纵向荷载，故此情况下的铁塔塔身横断面为长方形的样式是正确的。但其抗纵向荷载能力较差，而方塔抗纵向荷载能力强。因一般500kV电压等级的线路为主网电源点输出线路，其安全性、稳定性、重要性要求较高，故一般采用正方形横断面的铁塔塔身。

2.3 铁塔塔身坡度优化

对有相同斜材形式的铁塔身部而言，能够对其主材和斜材产生直接作用的是塔身坡度的变化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口宽度和塔脚根开这三个独立的变量确定的，即为(塔脚根开－塔身瓶口宽度)/塔身高度。当塔头形式和呼高确定后，塔身就是一定值，这时塔身坡度就由塔身瓶口宽度和塔脚根开来确定。塔脚根开与塔身瓶口宽度的差值越大，塔身坡度越大；塔脚根开与瓶口宽度的差值越小，相应的塔身坡度越小。在塔身变坡处宽度一定的情况下，塔身坡度的优化实际上就是铁塔根开的优化，铁塔根开的大小会控制塔身主材，进而影响整基塔的重量，同时还会对基础作用力的大小产生较大的影响。塔身坡度越小，铁塔斜材越短。同时，斜材受力也越小，斜材重量将会减轻，但铁塔主材内力将加大，主材规格就越大，根据计算，铁塔主材一般要占整个塔重的40%左右，主材的大小对塔重的影响最大，因此，坡度越小塔重反而会增加。反之，塔身坡度越大，根开就越大，塔身主材内力就越小，主材规格就相应减小，但此时，铁塔斜材长度会增长，内力随之而增大，斜材规格将会急剧增加，斜材基本受长细比控制，很明显，也是不经济合理的。

2.4 节点构造优化

节点构造设计方面可以参考以下几个方面的原则：a.为降低杆件断面损失，必须要尽可能的防止产生两面连接杆件对孔布置的现象；b.要尽可能地避免产生节点板受弯、杆件偏心连接等现象；c.要尽可能地降低节点板面积，选择紧凑式连接节点；d.为减少杆塔重量，应尽可能地对包角钢连接数量进行控制；e.推荐使用多排螺栓，来对斜材、主材进行布置。

2.5 合理运用计算机技术

对杆塔构造进行设计，可以合理运用计算机放样绘图等方法，同时结合手动校正的方法，实现杆塔基础构造的合理设计。在针对杆塔基础进行优化设计过程中，应当以杆塔构造环节的最佳方案作为依据，建立和完善力学模型，并且针对杆塔基础强度进行深入分析，对优化方案进行完善，确保杆塔基础的结构稳定牢固。最后环节利用计算机，综合考虑相关设计方案、强度分析以及优化方案等，对施工图进行确定，制定施工环节明细表。这种方法可以确保杆塔基础之间保持独立，可以促进各部分的联系性的加强，保证架空输电线路杆塔基础设计施工更加自动、高效。

总之，杆塔结构是输电线路的关键部位，其作用是为了确保电网系统的安全、稳定、可靠运行，但是就目前而言，我国输电线路杆塔结构在设计方面还存在一些问题，包括自然因素、人为因素等，均有可能会对我国输电线路产生一定的影响，继而产生经济损失。基于此，本文对输电线路杆塔结构设计现状进行总结，对输电线路杆塔结构优化设计对策进行研究，对以后输电线路杆塔结构设计展望进行探讨。

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