关于输电线路杆塔结构优化设计的浅析

廖林宏

（福州万山电力咨询有限公司，福建 福州 350100）

0 引言

输电线路杆塔在电力网络建设中，主要是对架空输电线路的支撑作用，通过输电线路杆塔使输电线路与地面保持相应的距离，从而能够对输电线路起到很好的保护作用，降低地面人为活动以及天气因素对输电线路运行安全性的影响。当前我国所采用的输电线路杆塔在结构设计方面还存在着一定问题，与电力网络建设目标不符合，不能适应新时代电力网络建设的基础需要。为此，需要对输电线路杆塔进行结构设计优化，使其承载能力、稳定性以及对输电线路的保护作用能够提升，从而促进我国电力网络建设发展。

1 输电线路杆塔基本概念概述

在输电线路建设过程中，输电线路杆塔的主要作用是支撑架空导线和地线的基础装置，输电线路杆塔的制造材料主要有钢材料和混凝土材料。输电线路杆塔的应用，主要目的是降低恶劣天气环境和地面人为活动对输电线路的影响，通过使输电线路与地面保持一定的高度，从而能够保证输电线路运行稳定性和安全性，保证电力能源能够高效地输送到用电户终端，是保证电力能源输送的重要基础设施。因此，输电线路杆塔具有重要的作用，所以需要加强对输电线路杆塔结构的优化设计。当前我国输电线路网络建设中，输电线路杆塔的结构主要有角钢塔型结构、预制水泥杆型结构以及钢管杆型结构，角钢塔型结构是最为常见的结构类型，该结构较为稳定，使用寿命较长，但是制造成本较高，施工难度较大，后期维护施工的难度较大，因此需要对现有输电线路杆塔结构进行优化，保证使用安全性和稳定性[1]。

2 输电线路杆塔建设发展现状分析

现阶段，我国输电线路杆塔在结构设计与制造工艺方面还存在着一些问题，已经不能满足当前我国输电线路网络建设实际需求。我国当前输电线路杆塔制造生产企业主要可以分为两种类型，第一种为以人力手工生产为主的企业类型，这类企业主要是由民营企业所构成，在输电线路杆塔结构设计方面的能力较低，且综合生产水平较差，主要通过制造人员手工加工完成，所以不能好很地保证输电线路杆塔加工制造质量，也基本不具备输电线路杆塔结构优化设计能力。第二种为大型的国有企业为主，这些企业是一般为电力建设部门的制定杆塔制造企业，生产能力较强，但是综合来看依然停留在手工传统生产模式，生产水平较低，输电线路杆塔结构设计优化能力较差。因此，当前我国较为先进的输电线路杆塔主要依靠从国外引进生产设备、生产工艺以及结构设计方案等，尤其是在输电线路杆塔结构优化设计方面，当前我国主要的杆塔设计单位与制造单位之间缺乏合作，各单位相对独立，没有形成完整的产业链条，从而导致设计对输电线路杆塔力学计算，缺少计算方法与现代信息技术建模之间的联系，从而导致部分输电线路杆塔结构设计方案缺乏实践应用价值，许多设计方案在生产制造环节无法实现。这种生产与设计分离作业模式对我国输电线路杆塔结构设计优化工作产生了很大的影响，需要采用科学的设计作业模式，才能满足输电线路杆塔结构优化设计需求[2]。

3 当前我国输电线路杆塔结构方面存在的主要问题分析

根据当前我国输电线路杆塔的应用现状来看，可以发现输电线路杆塔在结构方面还存在着一些问题，主要体现在以下几个方面：

3.1 结构选材方面

材料是保证输电线路杆塔结构强度的重要因素，当前主要的材料为钢材料和混凝土材料，但是随着我国现代材料行业的不断发展，多种新型材料却没有在输电线路杆塔中使用，部分新型材料具有成本造价低、结构强度大的优点，能够全面提升输电线路杆塔强度和承载能力，但是却没有在输电线路杆塔结构优化设计中使用，因此需要根据输电线路杆塔设计需求，选择更多新型材料。

3.2 结构强度方面

输电线路杆塔对于结构强度的要求较高，因为需要承载输电线路重量以及天气因素产生的外部作用力，如果输电线路杆塔结构强度不足，则容易出现倒塌、折断等问题，从而导致输电线路无法正常输送容量。当前我国输电线路杆塔结构强度还存在着一些问题，因为我国输电线路网络经过了全面的改造和升级，对于杆塔的承载能力要求更高，现阶段输电线路杆塔结构强度已经难以满足实际输电线路的承载力需求，所以需要对结构进行优化[3]。

3.3 缺乏设计软件的应用

在现代信息技术高速发展的背景下，出现了多种能够对杆塔结构进行优化的计算机软件，但是在实际输电线路杆塔结构设计过程中，因为缺乏专业人员，当前输电线路杆塔设计中软件应用没有取得很好的效果，软件设计存在不够智能化的问题，为设计人员增加了较多阻力，从而无法提升设计效率。

4 输电线路杆塔结构设计优化方法分析

针对当前我国部分地区所使用的输电线路杆塔结构不合理问题，需要结合实际建设情况，采用科学的设计方法，对现阶段我国输电线路杆塔主流结构进行优化，从而使其能够与我国电力网络建设需求相匹配。

4.1 动态规划结构优化设计方法

输电线路杆塔结构的优化设计主要目标是实现质量更高、重量更轻、造型更加美观、加工更为简单以及运输更为方便，通过采用动态规划方法，能够很好地实现结构优化设计目标。动态规划结构优化设计方法是指，当解决某个问题时，需要运用多种手段进行解决，通过多种不同方法的互补，能够达到对输电线路杆塔结构进行优化的目的。在具体的设计过程中，设计人员需要深入输电线路杆塔安装现场，调查安装现场的实际情况，准确掌握地理环境因素以及天气气候因素，根据力学原理对输电线路杆塔结构进行计算，降低输电线路杆塔的迎风面积，从而降低风力对塔杆的影响，并选择合理的制造材料，在保证杆塔强度的基础上，减少杆塔整体尺寸和占地面积，能够提高输电线路杆塔结构实用性。通过多种设计方法的优势更加突出，能够设计出结构更为简单、施工更为便利、造型更加美观的输电线路杆塔，动态规划结构优化设计方法具有良好的作用。

4.2 塔头选择优化设计

塔头是输电线路杆塔结构中的核心部分，是对输电线路杆塔使用性能影响最大的关键结构。当前我国输电线路杆塔的塔头结构主要有干字形结构和羊字形结构，其中羊字形塔头结构的使用率更高，因为羊字形塔头结构实用性更强，综合重量更低，能够降低对下部塔杆的压力；干字形塔头的重量相对较高，但是强度也相对较大。以上两种塔头结构有着各自的优点，需要根据输电线路建设高度、重量以及当地的风力大小等确定，如果输电线路的高度较高，风力较小，则可以采用羊字形塔头结构，如果输电线路杆塔安装现场风力较大，或对杆塔的高度要求较低，则可以采用干字形塔头结构[4]。除此之外，近些年来我国部分地区输电线路杆塔塔头设计也出现了一些新型的结构形式，取得了良好的效果，但是存在着一定的局限性，一般是根据输电线路杆塔安装施工当地影响因素计算而设计的塔头结构，所以应用存在着一定的局限性，但是却拓展了我国输电线路杆塔结构优化设计思路，为杆塔结构设计优化提供了新的发展方向。

4.3 杆塔结构连接和节点优化设计

输电线路杆塔在结构方面的优化设计首先需要确保结构简单，因为输电线路杆塔建设数量较多，如果结构复杂还导致实用性降低，还会增加施工建设成本。在输电线路杆塔受力结构设计中，需要尽量确保受力构件的轴心线能够即集中在一点，降低偏心受力；输电线路杆塔的构件连接，需要尽量使用多排螺栓，斜材需要与主材连接；主材在节点处需要保证具有双面传力效应，如果不能保证双面传力，则需要设置保护措施；输电线路杆塔的结构强度与连接方式有着直接的联系，所以需要在保证受力范围不变的情况下，优化结构连接方式，使内部各构件的受力更加均匀合理，从而能够全面提升输电线路杆塔结构强度，促进杆塔综合质量提升[5]。

4.4 杆塔新型结构设计

输电线路网络建设规模不断提升，对于输电线路杆塔的结构质量有了更高的要求。但是受到城市环境、地形地貌等因素的制约，输电线路建设空间被不断压缩，常用的角钢塔已经不能满足城市地区输电线路网络建设需求，所以针对输电线路杆塔结构优化的研究方向主要在降低占地面积方面。因为钢管杆结构加工制造难度较高，但是因为结构较为简单，且造型更加美观，适合在城市中使用，能够与城市景观很好地结合，城市中使用的钢管杆结构输电线路杆塔主要有单杆和双杆两种形式，单杆应用更多，针对钢管杆输电线路杆塔的结构优化，主要需要注重以下几点内容：（1）在钢管杆输电线路杆塔设计前期，需要做好输电线路网络建设调查，了解输电线路网络建设环境的基本信息，从而确定最佳的钢管杆形式。（2）根据调查资料，确定最佳的钢管杆杆身和横坦连接方式，杆身连接可以选择插接与法兰连接，如果采用法兰连接，则需要加强对重量和强度的控制与计算，从而能够满足法兰连接基本特点。（3）在确保输电线路杆塔结构质量的基础上，需要对钢管材料的厚度和质量进行优化，以降低重量的为主要目的，能够全面提升结构强度。

5 输电线路杆塔结构设计优化主要方向

我国现代电力网络建设基本为引进先进的输电线路杆塔结构优化设计理论体系，结合我国具体的实际情况，通过调整和创新使其能够为我国电力网络建设而服务；在输电线路杆塔结构物理性能计算方面，需要更多地采用现代计算机软件进行模型计算，从而能够提高计算结构准确性，保证输电线路杆塔结构承载能力和受力情况更加科学，是优化结构的重要方式。通过多措并举的方式，能全面提升我国输电线路杆塔结构优化工作质量。

6 结束语

综上所述，本文全面阐述了当前我国输电线路杆塔结构方面存在的问题，并以问题为切入点，提出了多项有效的优化措施，希望能够对我国电力网络建设事业发展有所帮助，提高我国电力网络建设质量，为社会群众提供更加稳定的电力能源输送服务。