输电线路结构设计要点

输电线路结构设计要点主要内容一、输电杆塔简介二、杆塔设计荷载三、杆塔结构设计四、杆塔基础设计一、输电杆塔简介:输电杆塔钢筋混凝土电杆自立式拉线钢管杆角钢塔自立式拉线钢管塔自立式1.混凝土电杆简介：单杆双杆带拉线双杆混凝土电杆的应用范围：（1）混凝土单杆一般主要用于35～110kV单回路直线杆。依靠自身基础埋深维持稳定，承载较小。（2）混凝土双杆和带拉线双杆一般用于35～110kV单回路承力（耐张、转角、终端）杆和220～330kV单回路直线杆。此类混凝土杆受力性能好，耗钢量少。2.钢管杆钢管杆按结构形式分为等径杆和锥形杆，按截面型式分为分为圆形、多边形。具有占地面积小，外形美观，施工方便快捷，塔材不易被盗的优点，缺点是耗钢量大。铁塔按其受力性质，分为悬垂型、耐张型杆塔。悬垂型杆塔分为悬垂直线和悬垂转角杆塔；耐张型杆塔分为耐张直线、转角和终端、换位等杆塔。杆塔按其回路数，分为单回路、双回路和多回路杆塔。单回路导线既可水平排列，也可三角排列或垂直排列，水平排列方式可降低杆塔高度，三角排列方式可减小线路走廊宽度；双回路和多回路杆塔导线可按垂直排列，必要时可考虑水平和垂直组合方式排列。3.铁塔型式：1）单回路铁塔：优点：a)、杆件受力、传力明确清晰，杆件受力最为优化；b)、三相导线位于同一水平线，塔重指标最优；c)、设计、加工、运行经验丰富。酒杯型铁塔猫头型铁塔优点：a)、杆件受力、传力明确清晰，在110~330电压等级中应用广泛；b)、导线三角排列，线路走廊最窄；c)、设计、加工、运行经验丰富。缺点：中相抬高，导致铁塔弯矩增加，塔重较重。上字形铁塔一般用于低电压等级的直线、耐张塔。常用直线拉线塔分为“拉门塔”、“拉V塔”和“拉猫塔”。拉V塔拉门塔拉猫塔具有良好的整体稳定性，能承受较大的轴向压力。拉线能承受很大的拉力。拉线塔单基指标较轻，与自立塔相比可节省塔材约30%，在110～500kV线路工程中有成熟的技术经验。拉线塔占地范围较大。山区易受地形限制，不宜使用拉线塔；在平原地区多为农田时，从占地角度也不宜使用拉线塔。运行管理方面存在不便之处，如拉线的防松问题等。目前除人烟稀少地区外，线路工程中一般不推荐采用拉线塔。特点：干字型耐张塔具有结构紧凑，受力合理、结构处理成熟等优点，是国内外送电线路常用的转角塔型。干字型耐张塔2）双回路铁塔：鼓型直线及转角塔有良好的设计、施工和运行经验，其外形也与直线塔协调，一般双回路耐张塔均选用鼓型塔。4.钢管塔钢管塔一般用在高电压等级输电线路中，其型式和角钢塔类似。杆塔使用原则：1、对不同类型杆塔的选用，应依据线路路径特点，按照安全可靠、经济合理、维护方便和有利于环境保护的原则进行。对于山区线路杆塔，应依据地形特点，配合高低基础，采用全方位长短腿结构型式。2、在平地和丘陵等便于运输和施工的非农田和非繁华地段，可因地制宜地采用拉线杆塔和钢筋混凝土杆。3、对于线路走廊拆迁或清理费用高以及走廊狭窄的地带，宜采用导线三角形或垂直排列的杆塔，并考虑V型、Y型等绝缘子串使用的可能性，在满足安全性和经济性的基础上减小线路走廊宽度。非重冰区线路还宜结合远景规划，采用双回路或多回路杆塔；重冰区线路宜采用单回路导线水平排列的杆塔；城区或市郊线路可采用钢管杆。二、杆塔设计荷载1.荷载分类永久荷载：导线及地线、绝缘子及其附件、杆塔结构、各种固定设备等的重力荷载、拉线或纤绳的初始张力、预应力等荷载。可变荷载：风和冰（雪）荷载；导线、地线及拉线的张力；安装检修的各种附加荷载、结构变形引起的次生荷载以及各种振动动力荷载。杆塔荷载一般分解为：横向荷载、纵向荷载和垂直荷载。2.荷载工况各类杆塔均应计算线路正常运行情况、断线情况、不均匀覆冰情况、安装情况和验算工况下的荷载组合，必要时尚应验算地震等稀有情况下的荷载组合。水平、垂直档距水平档距：杆塔两侧档距之和的算术平均值，表示有多长导线的水平荷载作用在杆塔上。垂直档距：计算杆塔两侧导线最低点之间的水平距离，表示有多长导线的垂直荷载作用在杆塔上。正常运行工况◆适用于耐张塔和终端塔◆考虑相应风速（10m/s、-5℃）◆900、600、450、00风◆最小垂档、最大垂档两种组合123正常工况基本风速、无冰、未断线的正常运行情况应和最大垂直荷载与最小垂直荷载分别组合。因为，工程实践计算分析表明，铁塔的某些构件（例如部分V型串的横担构件或部分塔身侧面斜材）可能由最小垂直荷载组合控制。断线工况◆12规范按-5℃、设计冰厚、无风的条件考虑123断线工况◆双回路杆塔为例：同一档内，断任意两根导线（或任意两相导线有不平衡张力）；◆断一根地线和任意一根导线（或一相导线有不平衡张力）。◆双回路杆塔为例：同一档内，断任意两根导线（或任意两相有纵向不平衡张力）、地线未断；◆断任意一根地线和任意一根导线（或任意一相有纵向不平衡张力）。断线工况均考虑同一档内断线（单导线）或有纵向不平衡张力（分裂导线）断线工况组合1、对导线水平排列的单回路耐张塔，某些杆件内力在边相作用一相导线断线张力（或不平衡张力）时，可能比边、中相同时作用两相导线断线张力（或不平衡张力）的情况还要大，因此要求考虑作用一相或两相断线张力（或不平衡张力）的荷载组合。某些杆塔设计时，能够判断作用一相导线断线张力（或不平衡张力）不起控制作用时，可以只计算作用两相导线断线张力（或不平衡张力）的荷载组合，以简化计算。2、对双回路或多回路耐张杆塔，由于各工程的导线排列型式不尽相同，也可能存在类似情况，荷载组合时应作考虑。断线张力取值轻、中冰区断线张力（多分裂导线、地线最大使用张力的百分数）10mm轻冰区地形地线悬垂塔导线耐张塔导线平丘1002070山地100257015mm中冰区100357020mm中冰区1004570断线张力取值冰区重冰区断线张力（导线、地线最大使用张力的百分数）悬垂塔耐张塔导线地线导线地线20mm551007510030mm601008010040mm651008510050mm7010090100垂直冰荷载取100％设计覆冰荷载。不均匀覆冰工况所有导地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩所有导地线同时不同向有不平衡张力，使杆塔承受最大扭矩所有导地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩轻冰区中重冰区不平衡张力取值冰区不平衡张力（最大使用张力的百分数）悬垂塔耐张塔导线地线导线地线10mm轻冰区1020304015mm中冰区1525354520mm中冰区2030405020mm重冰区2546425430mm重冰区295046581、表中不均匀覆冰的导、地线不平衡张力取值适用于档距550m、高差不超过15%，超过该条件时应按实际情况进行计算。2、垂直荷载按不小于75%设计覆冰荷载计算。安装工况（直线塔）锚线吊线1.提升导地线及其附件时的作用荷载；2.一般导线、地线按2.0倍计算；3.动力系数采用1.1。1.导线及地线锚线作业时的作用荷载；2.锚线对地夹角不大于20°安装工况（耐张塔）耐张塔在锚导地线时，相邻档内的导线及地线均按未架设考虑；耐张塔在紧导地线时，相邻档内的导线及地线按已架设或未架设两种情况考虑。锚线、紧线时均允许考虑设置临拉线，临时拉线对地夹角不应大于45度，其方向与导、地线方向一致，临时拉线按平衡导线张力标准值40kN考虑时、地线张力标准值5kN考虑。验算工况验算TEXT抗震验算覆冰验算脱冰跳跃覆冰验算：各类杆塔的验算冰荷载情况，按验算冰厚、-5℃、10m/s风，所有导、地线同时同向有不平衡张力。脱冰跳跃：重覆冰线路各垂直档距系数（垂直档距与水平档距之比）小于0.8的杆塔，应按导、地线脱冰跳跃和不均匀覆冰时产生的上拔力校验导线横担和地线支架，导线上拔力取最大使用张力的5％～10％，地线上拔力可取最大使用张力的5％。相邻塔位高差较大时，还应校验耐张型杆塔横担受扭情况。杆塔结构重要性系数，重要线路不应小于1.1，临时线路取0.9，其他线路取1.0；特高压线路工程、大跨越工程、高铁等重要交叉跨越时的结构重要性系数宜取1.1，安装工况取1.0。永久荷载分项系数，对结构受力有利时不大于1.0，不利时取1.2。可变荷载的分项系数，取1.4。结构重要性系数正常运行工况断线工况安装工况不均匀冰荷载工况验算工况直线型塔耐张型塔轻冰区中冰区重冰区1.00.90.90.90.90.90.90.75可变荷载组合值系数荷载作用方向：1一般情况，杆塔的横担轴线是垂直于线路方向中心线或线路转角的平分线。因此，横向荷载是沿横担轴线方向的荷载，纵向荷载是垂直于横担轴线方向的荷载，垂直荷载是垂直于地面方向的荷载。2悬垂型杆塔基本风速工况，除了0º风向和90º风向的荷载工况外，45º风向和60º风向对杆塔控制杆件产生的效应很接近。因此，通常计算0º、45º及90º三种风向的荷载工况。但是，对塔身为矩形截面或者特别高的杆塔等结构，有时候可能由60º风向控制。耐张型杆塔的基本风速工况，一般情况由90º风向控制，但由于风速、塔高、塔型的影响，45º风向有时也会控制塔身主材。对于耐张分支塔等特殊杆塔结构，还应根据实际情况判断其他风向控制构件的可能性。3考虑到终端杆塔荷载的特点是不论转角范围大小，其前后档的张力一般相差较大。因此，规定终端杆塔还需计算基本风速的零度风向，其它风向（90度或45度）可根据实际塔位转角情况而定。3.风荷载计算杆塔设计基本风速的确定，应按当地气象台、站10min时距平均的年最大风速为样本，并宜采用极值Ⅰ型分布作为概率模型进行统计。一般输电线路应取离地面10m高的平均风速；大跨越应取离历年大风季节平均最低水位10m高的平均风速；110～330kV输电线路的基本风速，不宜低于23.5m/s；500～750kV输电线路，基本风速不宜低于27m/s。𝑊𝑥=α∗W0∗μz∗μsc∗βc∗d∗Lp∗𝐵∗sin2θ𝑊𝑠=W0∗μz∗μs∗𝐵∗As∗βz导、地线风荷载标准值杆塔风荷载标准值B：覆冰风荷载增大系数，如下表所示。覆冰厚度5mm10mm15mm20mm及以上导、地线1.11.21.31.5～2.0杆塔1.11.21.61.8（2.0～2.5）地线设计冰厚，除无冰区段外，应较导线增加5mm。大跨越设计冰厚，除无冰区段外，宜较附近一般输电线路的设计冰厚增加5mm。冰荷载:轻冰区一般按无冰、5mm、10mm设计，中冰区一般按15mm、20mm设计，重冰区一般按20mm、30mm、40mm、50mm等设计。必要时还宜按稀有覆冰条件进行验算。电线每米覆冰比载计算公式：310)(9.0gAdbb三、杆塔结构设计1、杆塔布置1）呼高范围满足杆塔规划要求。2）根据线路地形规划高低腿或平腿。3）合理确定杆塔口宽及塔身坡度。直线塔110~220kV线路塔身坡度约0.06，500kV以上约0.07。耐张塔110~220kV线路塔身坡度约0.1，500kV以上约0.12。4）横担、曲臂、塔腿等夹角宜控制在18度以上。5）塔身交叉斜材和主材夹角宜控制在35度以上。6）横担开口尺寸满足金具要求。2、杆塔计算1）塔腿荷载水平力约为竖向力的1/10~1/5，合力与垂直线夹角约为10~15度。2)上拔力约为下压力的0.7倍基础在输电线路中的地位杆塔基础础工程施工工期约占整个工期的50%；运输量约占整个工程的60%；费用约占工程本体造价的25~35%（高电压等级），特殊条件下将占到50%。四、杆塔基础设计常规基础型式大开挖回填基础原状土基础联合式基础柔性基础刚性基础岩石基础桩基础掏挖式基础岩石锚杆基础直柱刚性台阶基础直柱板式扩展基础钻孔灌注桩直掏挖基础岩石嵌固基础斜柱刚性台阶基础斜柱板式扩展基础人工挖孔桩斜掏挖基础直柱板式台阶基础承台式岩石基础承台灌注桩带翼板掏挖基础斜柱板式台阶基础带斜柱掏挖基础1.基础类型大开挖回填类基础大开挖基础适应地质条件广，施工方法简便，是目前工程设计中最为常用的基础型式。主要有柔性基础、刚性基础和联合式基础三种。柔性基础柔性基础包括斜柱板式基础（简称斜柱基础）、直柱板式基础、斜柱台阶基础和直柱台阶基础。其