第一讲 杆塔荷载

输电杆塔及基础设计培训讲义陈祥和主讲第一讲杆塔荷载第一节杆塔分类一、按荷载随时间的变异可分１．永久荷载：包括杆塔自重荷载、导线、避雷线、绝缘子、金具的重力及其它固定设备的重力,土压力和预应力等.荷载。２．可变荷载：包括风荷载、导线、避雷线和绝缘子上的覆冰荷载，导线避雷线张力、事故荷载、安装荷载和验算荷载和人工和工具等附加等３．特殊荷载：地震引起的地震荷载，以及在山区或特殊地形地段，由于不均匀结冰所引起的不平衡张力等荷载。二、按荷载作用在杆塔上方向分据计算需要，将它们分解成作用在杆塔上的垂直荷载、横向水平荷载、纵向水平荷载,如图1－1。特别说明:荷载有:1、荷载标准值按照各种荷标准规定计算而得的荷载叫标准荷,如杆塔塔身自垂为体积乘容重,风载为基本风压乘挡风面积.2、荷载设计值荷载标准值乘分项系数一般分项系数:永久荷载取1.2可变荷载取1.4图1－1第二节杆塔标准荷载计算方法一、自重荷载1．导线、避雷线的自重荷载无冰时覆冰时•式中n每相导线子导线的根数；•杆塔的垂直档距，m；•γ1导线、地线无冰垂直比载，N/m.mm2；•γ2－导线、地线覆冰垂直比载，N/m.mm2；•A导线、地线截面面积mm2。•2．绝缘子串、金具的垂直荷载无冰时为绝缘子串、金具自重，可查绝缘子及各组合绝缘子串的金具重量表。覆冰时式中K覆冰系数VALnG1VALnG2JGJjKGG'VL3．杆塔自重荷载杆塔自重荷载可根据杆塔的每根构件逐一统计计算而得，也可根据设计经验，参照其它同类杆塔资料，做适当假定获得。例1-1已知某导线自重比载γ1D＝35.8N/m.导线垂直档距LV＝368m，导线水平档距为LP＝245m，导线采用LGJ－150/35，截面面积为AD＝181.62，绝缘子串和金具的总重量为530N（7片x－4.5），求导线作用在杆塔上的垂直荷载标准值。解：导线重量GD：2mm2mmJDDDDDGLAG1N291352036862.181108.363二、导线、避雷线张力引起的荷载计算张力引起的荷载是不平衡张力直线型杆塔：（1）正常运行情况不出现不平衡张力，但当气象条件发生变化时，或因档距、高差不等引起荷载改变，从而产生纵向不平衡张力。（2）事故断线时在纵向产生断线张力。转角杆塔、耐张型杆塔：张力分解成横向荷载（称角度荷载）和纵向荷载（称不平衡张力）。1．角度荷载：产生横向荷载（如图1－2）PJ＝T1sinα1＋T2sinα2式中Ｔ１、Ｔ２杆塔前后导线张力Ｎ；α１、α２导线与杆塔横担垂线间的夹角（０）。当α1＝α2＝α／2时，（α为线路转角）则PJ=(T1+T2)sinα/2当α＝0时PJ＝0为直线型杆塔图1－2a图1－2b2．不平衡张力：产生纵向荷载（如图1－3）△T=T1COSα1-T2COSα2当α1＝α2＝α／2时则：△T=（T1-T2）cosα／2当T1=T2时，△T=0；当α=0时，为直线型杆塔，△T=T1-T2。2T1T1T1T1T1T12T2T2Tαα1sin2Tα2α2α2sin1Tα2sin2Tα2α1sinT1图1－3a图1－3b3.断线张力荷载产生纵向水平荷载直线杆塔：按《规程》规定了直线杆塔的导线、地线的断线张力分别取各自最大使用张力乘以一个百分比值。TD＝TDmax.X%式中TD－断线张力NTDmax－导、地线最大使用张力，TDmax＝TP/KCN；TP－导、地线的拉断力，N（查导线手册）；2T1T1T1T1T1T12T2T2Tαα1α2α2COS1T2αCOST2α2COS1COSαT1T2α2KC－导、地线的设计安全系数，导线取K＝2.5，地线取K＝2.7；X%－最大使用张力百分比值，按《规程》规定选用；对各级电压的耐张杆塔、转角杆塔及终端杆塔导线断线张力取最大使用张力的70%。地线的断线张力取最大使用张力的80%。例1－2已知某干字型转角杆塔的转角为900，正常运行情况杆塔前后导线张力（标准值）为T1＝2500N，T2＝2000N,•并且，试求作用在杆塔下横担上纵向水平荷载和横向水平荷载的荷载标准值，要求画出荷载示意图•解：根据题意有,作用在下横担上的角度力（横向水平荷载标准值）为•PJ＝（T1＋T2）sin/2•＝（2500＋2000）sin/2•＝3181.5N•不平衡张力(纵向水平荷载标准值）•△T＝（T1－T2）cos/2•=(2500-2000)cos/2•＝353.5N0902109009009021例1－3已知某220kN线路耐张自立铁塔，地线采用：1×7－6.6－1370－A－YB/T5004-2001型，试求该地线断线张力。解：查表得破坏拉断力TP＝33.50kN，安全系数取2.7，地线最大使用张力百分比值为80%。地线最大使用张力：地线断线张力：TD＝TDmax.X%＝12.41×80%＝9.93kNkNKTTCP41.127.250.33max三、风荷载的计算1、导线、地线风荷载的计算(1)风向垂直于导线的风荷载计算(2)风向与导线不垂直时风荷载计算风向垂直于导线的风荷载计算:当风向与导、地线垂直时，导、地线的风荷载用下式计算：无冰时P=γ4ALPcosα/2N覆冰时P=γ5ALPcosα/2N式中γ4、γ5分别为无冰、覆冰风压比载，;A导、地线截面面积，；LP水平档距，m；α线路转角。例1－4．已知某输电线路水平档距为350m，垂直档距为460m，正常情况下最大风、无冰，导线的垂直比载r1D=35.80×，导线风比载r4D(25)=35.19×,试求作用在杆塔导线上的水平荷载标准值。解：水平荷载：P=r4D(25)ADLp=35.19××181.62×350＝2236.9N2./mmmN2mm3103103102.杆塔塔身风荷载的计算风向作用在与风向垂直的结构物表面的风荷载用下Pg=μZμSβZAfW0式中μZ—风压高度变化系数，μS－构件体形系数,采用下列数值环形截面钢筋混凝土杆0.7圆断面杆件：当W0d2≤0.002时1.2当W0d2≥0.015时0.7(上述中间值按插入法计算)由圆断面杆件组成的塔架(0.7－1.2)×(1+η)型钢(角钢、槽钢、工字型和方钢)1.3由型钢杆件组成的塔架1.3(1+η)d－圆断面杆件直径，m；Af－构件承受风压投影面积计算值，m2；η－塔架背风面荷载降低系数，βZ—杆塔风荷载调整系数。W0－基本风压，W0＝V2/1600，kＮ/m2Af—杆塔塔身构件承受风压的投影面积计算值对电杆杆身：Ac=h(D1＋D2)/2对铁铁身：Ac=h(b1+b2)/2h—计算段的高度mD1、D2—电杆计算风压段的顶径和根径m，锥度为1/75的锥形电杆D2为D2=D1+h/75；b1、b2—铁塔塔身计算段内侧面桁架（或正面桁架）的上宽和下宽—铁塔构架的填充系数，一般窄基塔身和塔头取0.2～0.3，宽基塔塔身可取0.15～0.2,考虑节点板挡风面积的影响,应再乘以风压增大系数,窄基塔取1.2,宽基塔取1.1。3．绝缘子串风荷载的计算Pj=n1(n2+1)μSμZAJW0kN式中n1－一相导线所用的绝缘子串数；n2－每串绝缘子的片数,加“１”表示金具受风面相当于１片绝缘子；μS－绝缘子串风载体型系数；μZ－风压随高度变化系数；AＪ－每片的受风面积，单裙取0.03m2，双裙取0.04m2；W0－其本风压，kN/m2例1－5已知拉线电杆高度21m，埋深2m，电杆外径D=500mm,内径d=400mm，电压等级110kV，Ⅳ级气象区，试计算作用在杆身上的风荷载标准值。解：查表得高度20m，电压110kV，地面粗糙度B类风压高度变化系数取μZ=1.10杆塔风荷载调整系数βZ=1.0环形截面钢筋混凝土电杆构件体形系数取μS=0.7P=μZμSβZAfW0=1.10×0.7×1.0×0.5×252/1.6=236.7N/m答：作用在杆身上的风荷载标准值为236.7N/m第三节杆塔外形尺寸的确定杆塔外形尺寸的确定，除要求满足电气条件外，同时要求满足结构的合理性、经济性以及外形的美观。杆塔外形尺寸主要包括杆塔呼称高、横担长度、上下横担的垂直距离、地线支架高度、地线挂点之间水平距离等。一、杆塔高度的确定1、杆塔总高度杆塔的总高度等于呼称高度加上导线间的垂直距离和避雷线支架高度，对于钢筋混凝土电杆还杆塔总高度要加上埋地深度h0。2、杆塔呼称高度杆塔下横担的下弦边缘线到地面的垂直距离H称为杆塔呼称高度H=+fmax+hx+h式中λ绝缘子串的长度（包括金具的长度）；fmax导线的最大弧垂；hx导线到地面、水面及被跨越物的安全距离（查《线路设计规范》、《线路设计技术规程》）；h考虑测量、施工误差等所预留宽度。3、杆塔经济呼称高度杆塔的呼称高度与档距有直接关系，档距越大，导线的弧垂越大，杆塔的呼称高度也就越大。但是档距增大时，使每公里的杆塔数量减少，因此对一定电压等级的线路来说，必定有一个最优的呼称高度，使得整个线路材料用量最少，把这个最优呼称高度称为经济呼称高度。二、导线间距离确定1、导线水平距离Dm当导线摇摆不同步时，档距中央导线部分就要靠近，会导致线间空气间隙击穿，从而发生线间闪络。《规程》规定由经验公式确定。2、导线垂直线间距Dv导线不均匀覆冰或者导线脱冰时产生的导线跳跃致使导线上下大幅度的舞动。为了保证舞动时不产生两相导线碰撞，两相导线必须要保证一定的安全距离，按《规程》规定公式计算。3、导线三角形排列等效水平线间距Dx按《规程》规定公式计算。4、地线支架高度hb4、杆塔横担的确定杆塔的横担长度可根据导线水平线间距和最小空气间隙并考虑带电作业的要求来确定。当悬垂绝缘子串长度和风偏角（摇摆角）、最小空气间隙确定后，横担的长度也可用下式计算上字型杆塔的上横担长度：Dh＝R＋sin＋b上字型杆塔的下横担长度：Dh＝2（R＋sin＋b）式中R最小空气间隙，不应小于表3－13中相应的数值m；悬垂绝缘子串长度m；悬垂绝缘子串风偏角（º）b杆塔上脚钉外露部分加杆径一半的长度m。