钢管塔结构设计柔性法兰强度计算理论的探讨
通信铁塔基础选型与设计初探
内容提示：通过对工程中常见的两种通信铁塔工程实例的分析,详细阐述了针对不同地质情况时,基础选型的一般原则和方法,通过合理选择基础形式,达到了减少投资、便于施工的效果。 延伸阅读：基础选型桩基础独立基础通信铁塔 0 引言 通信铁塔是装设通信天线的一种高耸结构,其特点是结构较高,横截面相对较小,横向荷载(主要是风荷载和地震作用)起主要作用。通信铁塔基础将上部结构的全部荷载安全可靠地传递到地基,并保证结构的整体稳定,是构成通信铁塔结构的重要组成部分。通信铁塔基础选型与上部结构形式、结构布置、外部荷载作用类别、建筑场地以及所在区域的地质条件等有着非常密切的关系。合理的基础选型和设计,对于降低工程造价,缩短工程建设周期,保证结构安全可靠至关重要。 由于风荷载属于随机荷载,风力的大小和方向具有任意性和脉动性,基础受力同样也具有任意性和脉动性的特征,所以基础设计选用荷载取值时,需根据不同的铁塔形式,选用最不利方向的荷载组合标准值进行设计。通信铁塔所采用的空间桁架结构自重相对较轻,而且挂设通信天线的平台竖向荷载也不大,因此三角形或四边形桁架塔塔下基础顶面的拉力或压力呈交变性,拉力值一般可达压力值的以上故桁架塔的基础抗拔计算特别重要,很多时候基础的抗拔设计起主导作用。 根据河北联通近几年来通信基站建设中的常用两种类型铁塔的基础设计,笔者针对四角塔和三管塔简要分析如何进行铁塔基础的选型与设计。 1 四边形角钢塔的基础选型与设计 四边形角钢塔简称四角塔,是近几年常见的通信塔形式。铁塔跟开一般约为铁塔高度的1/7,基础形式通常采用钢筋混凝土独立基础、灌注桩基础,计算基础所选用的荷载组合,一般取上部结构传至塔脚下最不利的第二方向(即45°角方向),在正常使用极限状态荷载效应的标准组合荷载,有下压力,上拔力和水平剪力,基础形式需依据基站所在位置的岩土工程勘察报告和周围建筑物情况,场地平整情况等综合选定。 1.1 钢筋混凝土独立基础
法兰螺栓扭矩计算
法兰螺栓扭矩计算 关键词:法兰螺栓拉力扭矩计算法兰螺栓紧固力矩法兰螺栓的紧固螺栓紧固力矩 法兰紧固时如何确定螺栓的载荷及其扭矩，对于大家来说，可能都是一个比较感兴趣的话题。本人就此抛砖引玉，希望大家分享更多的经验和知识。首先提出两个问题： * 对于M36以下的螺栓，知道螺栓荷载，如何求对应的扭矩值？ * 对于可以进行液压拉伸的螺栓，不进行法兰计算，如何查取对应的螺栓荷载？ 大家在进行法兰设计时或查阅法兰的计算报告，都能找到法兰预紧和操作时的螺栓拉力。对于M36以下的螺栓，一般可以采用扭矩扳手。现在知道螺栓荷载，如何求对应的扭矩值呢？大家可以查阅GB/T16823.2-1997《螺纹紧固件紧固通则》或者相关的资料就能够找到相应的扭矩值。对于可以进行液压拉伸的螺栓，大家可以查阅相应的垫片生产厂家的数据，即可以知道螺栓的荷载。更简单的可以直接取螺栓材料45%的屈服强度来计算每个螺栓的载荷。 这是我计算出来的螺栓加载扭矩：采用力矩扳手、垫片为缠绕垫片（用钢圈垫可以类推），仅供参考。 根据GB150-1998《钢制压力容器》P94中‘9 法兰’的规定，求得垫片压紧力，再根据力与力矩的关系，算出每条螺栓的力矩。高压法兰尺寸为：DN6’ PN1500class（缠绕垫片密封），其法兰预紧力具体验算如下： 1、查HG20592~20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》中HG20631-97法兰密封面外径d＝216mm； 2、查HG20631-97中DN6’ PN1500class D型缠绕垫片缠绕垫内径D2＝171.5mm，缠绕垫外径D3＝209.6mm，垫片密封宽度N＝19.05mm ，D3＜d。 3、按照GB150-98 P91表9-1中1a垫片基本密封宽度b0＝N/2＝19.05/2＝ 9.525mm＞6.4mm。 4、按照GB150—98 P94中9.5.1.1垫片有效密封宽度b＝2.53 ＝2.53 ＝7.81mm。 5、按照GB150-98 P94中9.5.1.2垫片压紧力作用中心圆直径DG＝D3-2b＝209.6-2*7.81＝193.98mm。 6、查GB150-98 P93表9-2中缠绕垫片的垫片系数m＝3.00，比压力y＝69MPa。管线的设计压力为15.85MPa，操作压力为14.4MPa。 7、按照GB150-98 P94中9.5.1.3中预紧状态下需要的最小垫片压紧力FG＝Fa ＝3.14DGby＝3.14*193.98*7.81*69=328236.4N。 8、按照GB150-98 P94中9.5.1.3操作状态下需要的最小垫片压紧力FG＝Fb＝6.28DGbmpc＝6.28*193.98*7.81*3.00*14.4＝411009N。 9、按照力与力矩的关系式N＝0.2Fd，该法兰用紧固件螺栓为M36*3，用紧固件螺栓12对，螺纹实际作用力直径为d＝33。 10、预紧状态下每条螺栓加载扭矩Na＝0.2（FG/12）d＝0.2*（328236.4/12）*（33/1000）＝180N.m。 11、操作状态下每条螺栓加载扭矩Np＝0.2（FG/12）d＝0.2*（411009/12）*（33/1000）＝226N.m
铁塔结构设计计算细则(2006)(稿)
铁塔结构设计计算细则（角钢/钢管塔） 审核： 校核： 编写：金晓华 广东省电力设计研究院送变电室 2006．9
一、设计依据 1.《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999) 2．《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002) 3．“设计条件及塔头间隙图”（广东省电力设计研究院）(附件1) 二、荷载 1．导、地线荷载见广东省电力设计研究院提供“铁塔外负荷计算书(附件2)”: 2．设计工况应包括正常运行（包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合；直线塔最小垂直档距取0.5倍水平档距；转角塔要考虑正、负垂直档距）、断线、安装的最不利组合情况，转角塔及结构布材不对称的塔应计算反向风工况，所有塔应计算基础作用力工况。 为便于校对，应进行设计工况归并，可参考“铁塔设计工况”（附件3），并应详细列出每种荷载工况组合，而不是单纯指出第几种到第几种为事故或安装等工况。 ３．参考国网典型设计，新规划的直线塔规定了计算高度，铁塔外负荷是对应这个计算高度值的。杆塔风荷载调整系数βｚ以及线条荷载对地距离均应按该计算高度（呼高）取值。对本塔高于该计算呼高的，应采用由我院电气专业开的缩小使用条件的铁塔外负荷来验算，原则上不增大共用段原主材构件规格，如个别共用段主材构件规格差别不大的情况下，则选用较大规格主材，而不修改档距从而修改计算荷载再重新计算，但应得到结构室内部确认。 ４．引用国网典型设计，作以下特殊规定： １）．500kV直线塔考虑施工锚固工况，部分使用条件大的220kV直线塔也考虑施工锚固工况；500kV和220kV直线塔都考虑2倍起吊安装荷载，但应按4:6比例分配到前后的荷载点上。 ２）．为降低塔材指标，新规划的直线塔分平地和山地二类，其中平地直线塔考虑1～2种使用条件的塔型，按平腿设计，导线断线张力取一相Tm的15%（500kV）和20%（220kV 及以下）；山地直线塔考虑3～4种使用条件的塔型，按长短腿设计，导线断线张力对500kV 电压等级取15%（第1种使用条件的塔）、20%（第2种）及25%（第3、4种），对220kV及以下电压等级取20%（第1种）及25%（除第1种外）。在塔的结构设计计算说明书的工程概况中列出断线张力百分数。 ３）．山区耐张塔的荷载组合应考虑两侧正档下压、两侧负档上拔、一侧正档另一侧负档扭转的所有正常、断线、安装工况的组合；平地耐张塔（当塔型规划有时），不考虑上拔情况。所有转角塔计算工况均应叠加跳线串荷载。
法兰螺栓拉力扭矩计算
法兰螺栓拉力扭矩计算 1 先说载荷和力矩的换算，力矩扳手制造商有着对应表可以查，从理论力学教科书上也有公式，公式中一个系数是一个范围，需要根据实际情况来确定 2. 做过实验，对螺栓帖上应力片来验证载荷的变化，结论是：系数在推荐的范围内，但变化比较大。这与螺栓螺纹加工精度、润滑程度、螺母表面与法兰表面的光洁度、螺母与螺栓啮合的匹配状态等有着紧密的联系。 3 因此从理论计算和实际结果是有着大的差别的。 4 当然，采用力矩扳手比传统方法还是进了一大步。 二关于螺栓上紧过程相邻螺栓受力变化效应 1 规律：螺栓上紧过程各螺栓受力影响分析无论采用何种垫片，为了保证密封效果均需有相应的密封比压，在螺栓上进过程中，由于螺栓受力是渐紧上升，因此密封比压产生的轴向力不均匀分配在各螺栓中，在紧固某个螺栓时其相邻螺栓的受力将减小 2. 实践例子：在螺栓按照规定的力矩旋紧过程中，对某一个螺栓加载，则其相邻螺栓的载荷立即下降 3 当载荷达到规定值仍因为某种原因再要加载，则加载的动力必须要远超过阻力，我们的试验结果平均在120%以上 4. 比较有效的方法：在旋了数圈后，对相隔螺栓加大载荷（超过理论载荷）进行旋紧，而后对相邻螺栓按照理论载荷旋紧，这样对于一个法兰来说，各螺栓的载荷形成一条相对均匀的载荷曲线。 根据GB150-1998《钢制压力容器》P94中‘9法兰’的规定，求得垫片压紧力，再根据力与力矩的关系，算出每条螺栓的力矩。高压法兰尺寸为：DN6’ PN1500class（缠绕垫片密封），其法兰预紧力具体验算如下： 1、查HG20592~20635-97《钢制管法兰、垫片、紧固件》中HG20631-97法兰密封面外径d＝216mm； 2、查HG20631-97中DN6’ PN1500class D型缠绕垫片缠绕垫内径D2＝171.5mm，缠绕垫外径D3＝209.6mm，垫片密封宽度N＝19.05mm ，D3＜d。 3、按照GB150-98 P91表9-1中1a垫片基本密封宽度b0＝N/2＝19.05/2＝9.525mm＞6.4mm。 4、按照GB150—98 P94中9.5.1.1垫片有效密封宽度b＝2.53 ＝2.53 ＝7.81mm。 5、按照GB150-98 P94中9.5.1.2垫片压紧力作用中心圆直径DG＝D3-2b＝209.6-2*7.81＝193.98mm。 6、查GB150-98 P93表9-2中缠绕垫片的垫片系数m＝3.00，比压力y＝69MPa。
铁塔结构设计计算细则
铁塔结构设计计算细则 （角钢/钢管塔） 审核： 校核： 编写：金晓华 广东省电力设计研究院送变电室 2006．9
一、 设计依据 1.《110kV～500kV架空送电线路设计技术规程》(DL/T5092-1999) 2．《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T 5154-2002) 3．“设计条件及塔头间隙图”（广东省电力设计研究院）(附件1) 二、荷载 1．导、地线荷载见 广东省电力设计研究院提供“铁塔外负荷计算书(附件2)”: 2．设计工况应包括正常运行（包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合；直线塔最小垂直档距取0.5倍水平档距；转角塔要考虑正、负垂直档距）、断线、安装的最不利组合情况，转角塔及结构布材不对称的塔应计算反向风工况，所有塔应计算基础作用力工况。 为便于校对，应进行设计工况归并，可参考 “铁塔设计工况”（附件3），并应详细列出每种荷载工况组合，而不是单纯指出第几种到第几种为事故或安装等工况。 ３．参考国网典型设计，新规划的直线塔规定了计算高度，铁塔外负荷是对应这个计算高度值的。杆塔风荷载调整系数βｚ以及线条荷载对地距离均应按该计算高度（呼高）取值。对本塔高于该计算呼高的，应采用由我院电气专业开的缩小使用条件的铁塔外负荷来验算，原则上不增大共用段原主材构件规格，如个别共用段主材构件规格差别不大的情况下，则选用较大规格主材，而不修改档距从而修改计算荷载再重新计算，但应得到结构室内部确认。 ４．引用国网典型设计，作以下特殊规定： １）．500kV直线塔考虑施工锚固工况，部分使用条件大的220kV直线塔也考虑施工锚固工况；500kV和220kV直线塔都考虑2倍起吊安装荷载，但应按4:6比例分配到前后的荷载点上。 ２）．为降低塔材指标，新规划的直线塔分平地和山地二类，其中平地直线塔考虑1～2种使用条件的塔型，按平腿设计，导线断线张力取一相Tm的15%（500kV）和20%（220kV 及以下）；山地直线塔考虑3～4种使用条件的塔型，按长短腿设计，导线断线张力对500kV 电压等级取15%（第1种使用条件的塔）、20%（第2种）及25%（第3、4种），对220kV及以下电压等级取20%（第1种）及25%（除第1种外）。在塔的结构设计计算说明书的工程概 况中列出断线张力百分数。 ３）．山区耐张塔的荷载组合应考虑两侧正档下压、两侧负档上拔、一侧正档另一侧负档扭转的所有正常、断线、安装工况的组合；平地耐张塔（当塔型规划有时），不考虑上拔情况。所有转角塔计算工况均应叠加跳线串荷载。
法兰计算
5.4法兰连接计算 5.4.1钢管对接一般采用法兰盘螺栓连接，主材与腹杆之间，可采用节点板或法兰盘连接。 5.4.2有加劲肋法兰螺栓的拉力，应按下列公式计算： 1、当法兰盘仅承受弯矩M 时，普通螺栓拉力应按下式计算： () b t i n t N y y M N ≤?= ∑2 '' m ax (5.4.2-1) 式中 m ax t N ——距旋转轴②' n y 处的螺栓拉力(N)； ' i y ——第i 个螺栓中心到旋转轴②的距离(mm)； b t N ——每个螺栓的受拉承载力设计值。 2、当法兰盘承受拉力N 和弯矩M 时，普通螺栓拉力分两种情况计算： 1)、螺栓全部受拉时，绕通过螺栓群形心的旋转轴①转动，按下式计算： b t o i n t N n N y y M N ≤+ ?= ∑2m ax (5.4.2-2) 式中 o n ——该法兰盘上螺栓总数。 2)、当按(5.4.2-2)式计算任一螺栓拉力出现负值，螺栓群并非全部受拉时， 而绕旋转轴②转动，按下式计算： ()() b t i n t N y y Ne M N ≤+= ∑2'' m ax (5.4.2-3) 式中 e ——旋转轴①与旋转轴②之间的距离（mm ）。 对圆形法兰盘，取螺栓的形心为旋转轴①,钢管外壁接触点切线为旋转轴②(图5.4.2)
图5.4.2法兰盘 5.4.3有加劲肋的法兰板厚应按下列公式计算： f M t m ax 5≥ (5.4.3) 式中 t f m M 算可参考附录A 5.4.4式中 v f f t 5.4.51 N b t N m
式中：m ——法兰盘螺栓受力修正系数，65.0=m 。5.4.5无加劲肋法兰盘螺检受力简图 2、受拉（压）、弯共同作用时： 一个螺栓所对应的管壁段中的拉力： ??? ? ??+=N r M n N b 2 5.01 (5.4.5-3) 式中：M ——法兰盘所受弯矩，mm N ?； N ——法兰盘所受轴心力， N ，压力时取负值。 5.4.6无加劲肋的法兰盘的法兰板，应按下列公式计算：(图5.4.6) 顶力： a b N R b f ? = (5.4.6-1) 剪应力： f s t R f ≤?? =5.1τ (5.4.6-2) 正应力： f t s e R f ≤??= 2 5σ (5.4.6-3) 式中：s ——螺栓的间距，mm ，()θ?+=b r s 2； f R ——法兰盘之间的顶力， N ; θ——两螺栓之间的圆心角，弧度； e ——法兰盘受力的力矩。 图5.4.6 无加劲肋法兰板受力 5.5塔脚板连接计算 加劲板方型塔脚板底板强度应按下列公式计算（图5.5.1）：
铁塔设计方案图样知识分享
铁塔制作要求 1、铁塔设计设计要求 设备安装铁塔为前端监控设备的运行提供必要的保障，为了使设备正常运行，在基础建设上本着牢固可靠、坚固耐用的原则，铁塔设计遵循《高耸结构设计规范》GB135-90，满足设备安装的要求。 铁塔抗风性能要加强，据了解，该地区最大历史风力记录为18级强台风，14级台风每年都有不少于10次，故此，需要特别注意安装铁塔的抗风要求，加强铁塔、基础的抗风制作级别，确保安装铁塔以及设备的安全。 由于设备安装点地处海岛，常年台风季节多，伴随雷电多发天气也多，需要加强铁塔的接地级别要求，本协议要求铁塔的整体接地阻值不大于1欧姆。 2、铁塔设计考虑的因素： 1)铁塔的设计原则是“安全，适用，经济，美观”。由于海域监控系统地处海边，为了系统 建设后与整体环境协调，铁塔的设计在满足安装、安全性的条件下，追求线条流畅，与周边环境和谐，铁塔颜色可根据环境色调搭配； 2)铁塔设计、施工、验收依据 《建筑结构可靠度设计统一标准》GB50068-2001 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001 《钢结构设计规范》GB50017-2003 《钢结构工程施工工程质量验收规范》GB50205-2001 《建筑抗震设计规范》GB50135-2006 《钢塔桅结构设计规程》GBJ1-84 《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ81-2002 《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》YD/T5131-2005 3）基本抗风、结构安全等级及设计使用年限：抗风级别18级，铁塔抗震为不低于9级，铁塔设计使用寿命不低于10年。 4）铁塔负载要求：铁塔要求负载不小于200公斤，该铁塔负载不包括钢结构主材、螺栓、节点板、避雷针等永久载荷和风荷载、地震作用、雪荷载、裹冰荷载、人员上塔安装检修等
架空输电线路铁塔结构设计要点分析
架空输电线路铁塔结构设计要点分析 发表时间：2018-01-26T16:02:43.180Z 来源：《防护工程》2017年第27期作者：牟松芳 [导读] 本文围绕架空输电线路铁塔结构设计为研究对象，分析了架空输电线路铁塔结构设计的基本思路。 贵州电力设计研究院贵州省贵阳市 550002 摘要：本文围绕架空输电线路铁塔结构设计为研究对象，分析了架空输电线路铁塔结构设计的基本思路，并围绕具体的工程案例，对该工程项目中的铁塔结构设计思路做深入研究，希望能对相关人员工作有所帮助。 关键词：架空输电线路；铁塔结构；结构设计 前言：电力系统在当前社会生产中发挥着重要作用，为人们的工作与生活提供了稳定的能源。架空输电线路是电力系统的基础设施，在电力系统中占据着重要位置。因此在当前情况下，需要深入分析架空输电线路设计的要点，明确架空输电线路结构设计思路，为整个电力的顺利输送奠定良好基础。本文将以此为背景，对架空输电线路铁塔结构设计的相关内容做深入分析。 1.工程项目简介 雅中-江西±800kV特高压直流输电工程线路工程包8（施秉县剑河县界-新寨村（黔湘省界）标段线路，该包段西起施秉县剑河县界，东至天柱县竹林乡新寨村（黔湘省界），整个工程项目涉及3个县，在当地电力系统建设中占据着重要位置。 2.工程项目架空输电线路铁塔结构设计的基本思路 2.1杆塔塔型选择 本次工程在杆塔塔型选择中，充分收集国内外超高压、特高压直流输电项目塔型的基本资料后，基本确定了两种塔型，即拉线塔与自立塔两种（具体见图1）。 两种塔型各具有不同的优点，其中拉线塔的单基指标轻，对原材料的需求量少，并且工程造价低，因此能够得到多数工程项目的认可。同时与自立塔相比，拉线塔的技术更加成熟，曾经被广泛的应用在±500kV直流输电线路工程中。但是很多工程项目的实践经验证实[1]，这种塔型在后期管理中存在一定的问题，尤其是拉线防松问题表现的更加明显。同时，拉线塔对建筑工程项目的地理环境提出了一定的要求，只能在地势较为平坦的地区建设。在本次工程项目中，多为山地，地形崎岖。因此本次工程技术人员在综合考虑各种因素后，认为自立塔虽然存在造价高的问题，但是对地形的适应能力强，因此能被应用到本次工程项目中，进而成为本次工程中的杆塔塔型。 a.拉线塔 b.自立塔 图 1 杆塔塔型 2.2塔头轮廓优化 在本次工程设计中，塔头轮廓的优化的基本思路包括以下几点： 2.2.1悬垂塔塔头 在悬垂塔塔头设计中，技术人员根据既往的工程项目经验，分别推出了以下几种悬垂塔塔头结构型式，具体资料见表1。 上述悬垂塔塔头结构型式中，方案一所介绍的塔头结构为常规的塔头布置方式，这种结构的塔头简练，并且具有清晰的传力性能，导地线荷载能分别从导线横担、地线横担上传送到塔身上。方案二是方案一的改进型，能够进一步改善地线支架高度，并且在工程造价方面也具有优势，因此被广泛的应用在±500kV直流输电项目中，技术条件成熟。方案三是常用直流羊角塔的型式，较干字型塔外形上显得更轻巧，传力上导地线荷载在靠近塔身附近共同由导线横担传力，由此避免了构造要求增加的塔重；并且，塔重也较干字塔轻。方案四结合了前几种塔头结构的优点，并且还具有塔重轻、外形优美的特点。 在对上述四种方案进行分析后，技术人员最终决定采用方案四的结构。 2.2.2塔头深部的优化 在确定使用方案四之后，技术人员根据本次工程项目的具体情况，提出了塔头结构优化的基本思路。在优化过程中技术人员认为，为了保证上下主材能匹配工程项目的要求，在规划过程中应该设置相应的坡度；但是在头部塔身规划过程中，除了要分析头部主材与横担主材后，还应该充分考虑整个塔头身部。因此提出了两种方案，具体资料见表2。 上述结构中，方案1具有以下特点：①是横担与塔身相连接的角钢为垂直角钢断面进行火曲，方便加工；②是V串塔身挂点处支撑角钢不需要开合角，避免了角钢扭曲强度降低；③是选材比较协调；④是间隙在塔身上的最危险点处（变坡处）留有了充足的裕度。方案2的特点为：①是横担与塔身相连接的角钢需斜向角钢断面进行火曲，对于较大角钢不容易控制好加工精度；②是V串塔身挂点处支撑角钢需要开
法兰计算(汇编)
5.4法兰连接计算钢制管法兰连接强度计算方法(GB/T17186-1997) 5.4.1钢管对接一般采用法兰盘螺栓连接，主材与腹杆之间，可采用节点板或法兰盘连接。 5.4.2有加劲肋法兰螺栓的拉力，应按下列公式计算： 1、当法兰盘仅承受弯矩M 时，普通螺栓拉力应按下式计算： ()b t i n t N y y M N ≤?=∑2''max (5.4.2-1) 式中 max t N ——距旋转轴②'n y 处的螺栓拉力(N)； 'i y ——第i 个螺栓中心到旋转轴②的距离(mm)； b t N ——每个螺栓的受拉承载力设计值。 2、当法兰盘承受拉力N 和弯矩M 时，普通螺栓拉力分两种情况计算： 1)、螺栓全部受拉时，绕通过螺栓群形心的旋转轴①转动，按下式计算： b t o i n t N n N y y M N ≤+?=∑2max (5.4.2-2) 式中 o n ——该法兰盘上螺栓总数。 2)、当按(5.4.2-2)式计算任一螺栓拉力出现负值，螺栓群并非全部受拉时， 而绕旋转轴②转动，按下式计算： ()()b t i n t N y y Ne M N ≤+=∑2 ''max (5.4.2-3) 式中 e ——旋转轴①与旋转轴②之间的距离（mm ）。 对圆形法兰盘，取螺栓的形心为旋转轴①,钢管外壁接触点切线为旋转轴②(图 5.4.2)
图5.4.2法兰盘 5.4.3有加劲肋的法兰板厚应按下列公式计算： f M t max 5≥ (5.4.3) 式中 t f M 算可参考附录A 5.4.4式中 v f f t 5.4.51 N b N
式中：m ——法兰盘螺栓受力修正系数，65.0=m 。5.4.5无加劲肋法兰盘螺检受力简图 2、受拉（压）、弯共同作用时： 一个螺栓所对应的管壁段中的拉力： ??? ? ??+=N r M n N b 25.01 (5.4.5-3) 式中：M ——法兰盘所受弯矩，mm N ?； N ——法兰盘所受轴心力， N ，压力时取负值。 5.4.6无加劲肋的法兰盘的法兰板，应按下列公式计算：(图5.4.6) 顶力： a b N R b f ?= (5.4.6-1) 剪应力： f s t R f ≤??=5.1τ (5.4.6-2) 正应力： f t s e R f ≤??=25σ (5.4.6-3) 式中：s ——螺栓的间距，mm ，()θ?+=b r s 2； f R ——法兰盘之间的顶力， N ; θ——两螺栓之间的圆心角，弧度； e ——法兰盘受力的力矩。 图5.4.6 无加劲肋法兰板受力 5.5塔脚板连接计算 加劲板方型塔脚板底板强度应按下列公式计算（图5.5.1）：
电力铁塔结构设计要点分析及应用
电力铁塔结构设计要点分析及应用 【摘要】电力铁塔作为输电线路的重要组成部分，其设计质量关系着输电线路乃至整个电网的安全稳定运行以及电网未来的发展。鉴于此，本文结合某500kV输电线路铁塔结构设计，根据工程实际，深入探讨了铁塔结构设计的要点，以提高电力铁塔设计质量，保证输电线路的安全可靠性、经济合理性。 【关键词】电力铁塔；设计要点；工程应用 1.工程概况 某500KV输电线路直线塔为酒杯型塔5B-ZBC4，经济呼称高取33m，耐张塔也选择酒杯型塔5B-ZBC4，呼称高取27m，耐张段总长6000m，高差350m，经过第七气象区，采用四分裂导线，选择导线型号为LGJ240/30。覆冰厚度为b=10mm。地线采用镀锌钢绞线，结构形式、直径11mm、抗拉强度1270MPa、A级锌层的钢绞线。 2.塔型的选择以及杆塔的定位 2.1塔型的选择 500KV输电线路直线塔选择酒杯型塔5B-ZBC4，经济呼称高取33m，耐张塔也选择酒杯型塔5B-ZBC4，呼称高取27m；线路通过人口稀少的非居民区，导线对地安全距离d=11m；施工裕度取δ=1.0m；采用XP-16型绝缘子组成的双联绝缘子串，直线塔每单联绝缘子片数取25片，则每组片数为50片，耐张塔按规定比直线塔每联多2片。悬垂绝缘子串总长为3.875m，耐张绝缘子串的绝缘子串总长为4.185m。 2.2杆塔定位高度 经计算，直线型杆塔定位高度为17.125m，耐张型杆塔的定位高度为15m。 3.铁塔结构设计 本设计取第二基直线塔设计，其水平档距为ｌ■＝５０６．５ｍ，垂直档距为ｌ■＝４７４ｍ。 3.1荷载计算 直线塔金具质量为417.6kg，FR-2型防震锤单个 2.7kg，两个 5.4kg，FYH240-30护线条1.44kg，金具及绝缘子总质量为424.44kg。单相导线自重为17.1353kN，三相导线自重为51.406kN。单地线自重为2792.5kN，双地线自重为5.585kN。塔身风荷载：将杆塔分为8段，其中塔身分4段，塔头分4段。风荷
输电线路铁塔结构设计分析
输电线路铁塔结构设计分析 发表时间：2018-06-20T10:36:38.627Z 来源：《电力设备》2018年第4期作者：魏航 [导读] 摘要：本文通过查阅大量文献及工作经验总结，探讨了输电线路铁塔结构原理和选型基本原则，总结了输电线路铁塔结构优化设计分析，希望对输电线路铁塔结构设计研究有所帮助。 （广西广晟电力设计有限公司南宁市 530000） 摘要：本文通过查阅大量文献及工作经验总结，探讨了输电线路铁塔结构原理和选型基本原则，总结了输电线路铁塔结构优化设计分析，希望对输电线路铁塔结构设计研究有所帮助。 关键词：输电线路；铁塔结构；设计 1 输电线路铁塔结构原理和选型基本原则 输电线路铁塔又叫电力铁塔，按照一般形状来分可以分为：酒杯型、上字型、干字型、桶型和猫头型五种。按照用途来划分的话就是：耐张塔、转角塔、换位塔等，结构特点均属于空间桁架结构。使用材料一般为Q235和Q345两种，杆件由单根等边角钢或者组合角钢组成。杆件之间是靠着螺栓受剪力而连接的，而整个塔就是由角钢、连接钢板和螺栓组成的。对于个别的部件如塔角等就是由几块钢板焊接成一个组合件的，不同的铁塔型式在造价、施工等方面的要求也是不同的，铁塔工程建造的费用大概是整个工程的百分之三十或者百分之四十。对于新建工程如果投资允许的话可以选用一到两种直线水泥杆，跨越、耐张和转角尽量使用角铁塔，这样的话材料就简单清晰、方便施工使线路安全水平得到提高。对于沿规划路建设的路线要采用占地少的铁塔，但是对大的转角塔由于结构上的原因很容易造成铁塔杆顶挠度变形，所以施工费用也会比角铁塔的费用贵一倍。直线塔就采用铁塔，而转角塔就用角铁塔方案会更加合理，这样就可以满足环境、投资和安全的一些要求。在我国的线路整改里面，老线路一直是热门话题，我国的电路的设计以及运转的情况一般情况都开始于上个世纪九十年代，很难满足如今的需求，但又不能进行一次性的整改，一般的情况下我们会采取维修部分整改的模式，像是在比较高的铁塔支架增设减轻压力的设施等等，这样大大的减少了事故的发生，与此同时做到了线路的更改在不知不觉中进行，不会影响正常的工作的运转。 输电线路铁塔作为输电线路中重要的组成部分，其耗费量在整个线路工程中比重是很大的。工期大概占整体工期的一半，运输量占整个工程的百分之六十。费用占整体费用的百分之三十五，由此可见输电线路铁塔结构设计的选型和施工优劣直接影响着线路工程的建设。当前基础型式只能采取浅埋式是因为地质的特殊性和埋深具有一定的局限性的因素，所以通过加大基础地板尺寸以及增加基础自重来满足上拔稳定是一个安全经济的做法之一。直线塔在埋的时候保持在2米左右，但是承力塔在埋时候深度应该控制在3～4米，从而可以减少地下水对施工产生的影响，一般情况下，由于每项工程的具体的情况其基塔的设计也会不同，主要的原因是受力情况不同。针对于特有的地质情况进行针对性的设计，从质量与经济双重入手，不断的解决遇到的问题。在我们进行架线要进行以下几点的考虑：第一，地质情况，水文，这些在我们进行架线是要考虑，是否会出现坍塌、泥石流等自然灾害，以及怎么去防治；第二，对于深林等作物的考虑，我们是知道的在架线的过程可能会穿越森林等情况，以及一些基础设施怎么进行建设都是我们进行考虑的，只有这些都布置的很好的情况，我们的工作才会被高效率的完成；第三，经济条件的考虑，一定设计的过程把经济方面进行综合考虑；第四，质量方面的考虑，一切的工作就是为了有优质产品，所以不容忽视。把这几方面进行综合的比较，遇到了问题具体的分析，一定会取得很好地效果，对工程的设计与施工非常的有意义。 2 输电线路铁塔结构优化设计分析 2.1拉线V型塔优化设计 这种塔杆在实际的使用中能够体现出结构上的优势，因为其结构的布置相对比较合理立柱主要是承受相应的压力，而拉线主要是承担对应的拉力。在钢绞线的选择上也能够体现抽非常好的力学特征，当然这和材料本身的特性也有着一定的影，这种塔杆形式的刚度和强度都非常的大，同时结构本身也非常的稳定，考虑到塔杆经常在室外作业，所以这种塔杆在设计的时候着重加强了其抗风的能力，在生产的过程中还不需要很多的钢材，所以就降低了对钢铁能源的消耗。但是需要注意的是其立柱是一种比较细长的杆件，所以其在运行的过程中会产生二阶效应，需要很大的空间来支持，所以其在使用的过程中也会阻碍农业的生产，同时其赔偿的费用也非常高，这种塔杆设计形式在我国的一些地势相对比较平坦，而且也没有大量农田分布的地区比较适用，拉线V型塔塔头主要有线支架和导线横担两部分，这两部分就转矩了整个结构40%的重量，地线支架只占了4%，所以在进行优化设计的过程中主要是以导线横杆作为最主要的优化部分，横单杆件内力最为重要的影响因素就是横担本身的杆件结构形式，所以在优化的过程中一定要在中横担的立面高度和主材节间的选择等因素上行考量。当然，在设计的过程中也可以将这些影响因素当成是设计的变量，按照设计的要求对其进行适当的优化，从而实现优化前的既定目标。 2.2 ZB1-MV酒杯型塔优化设计 目前，国内500kV超高压输电线路单回路自立式直线铁塔一般选用酒杯型和猫头型铁塔较多，三相导线均采用悬垂串挂线。在相同设计条件下，猫头型铁塔比酒杯型铁塔的塔头尺寸和线路走廊宽度较小，线路走廊赔偿费用低，可减少线路电晕损失和电能损失；但因整体高度较高，耐雷性能差，铁塔基础作用力大，单基耗钢量高；酒杯型铁塔导线呈水平排列，与猫头型铁塔相比，可减小铁塔整体高度，铁塔整体刚度大、挠度变形小，单基耗钢量低；但线间水平距离宽。自立式铁塔的优化，过去一般着重于塔身结构。但标准呼称高下的自立式铁塔，塔头重量占整塔重量的40%～50%。塔头结构优化不可忽视。众所周知，悬垂绝缘子串摇摆角是控制酒杯型塔头尺寸的主要因素。边导线横担比采用悬垂串的横担还长，对塔本身而言，综合效果并不显著；而中相采用V型串，两边相仍为悬垂串，俗称M型布置，只增加一串绝缘子，为此，将其立面设计成对称三角形拱形结构，跨矢比在1/4～1/5之间，与普通钢屋架相同，刚度较大；起拱后，虽将增加拱脚推力，但由于V型串挂点与拱脚共点，两串拉力产生的水平力始终指向横担中心，可抵消部分拱脚推力。 2.3铁塔与基础同时优化设计 这种设计方式主要以铁塔建设中使用的钢材数量最小为基本的目标，所以在设计的过程中一定要先计算出塔身最好的坡度，这样可以有效的提高铁塔的经济性，在对其进行优化设计的过程中一定要将其和基础的设计有机的结合，一般来说将塔件的倾斜程度控制在主材开合脚允许的范围内，不然不仅会影响塔杆的稳定性，同时还会严重影响到钢材的使用量。 3.结语 合理布置塔身斜材形式及横隔面的间隔。优化铁塔塔身的坡度，在塔重相差不大的前提下，尽量取小坡度，以减小征地范围，有利于
法兰计算
名称符号单位计算公式结果 设计压力Pc MPa给定 3.40 设计温度t℃给定250.00 法兰材料//锻件16Mn III 螺栓材料//25Cr2MoVA 腐蚀裕量C2mm查GB151-1999中3.14.1.2条 1.00 螺栓设计温度下的许用应力〔σ〕b t MPa查GB150-1998表4-7206.00 螺栓常温下的许用应力〔σ〕b MPa查GB150-1998表4-7245.00 法兰设计温度下的许用应力〔σ〕f t MPa查GB150-1998表4-5129.00 法兰常温下的许用应力〔σ〕f MPa查GB150-1998表4-5150.00 垫片接触宽度N mm查GB150-1998表9-1（1C）30.00 垫片基本密封宽度bo mm查GB150-1998表9-1（1C）15.00 垫片有效密封宽度b mm b o≥6.4,b= 2.53SQRT(b o)；b=bo 9.80 法兰内直径Di mm给定1200.00垫片比压力y Mpa查表9-269.00垫片系数m查表9-2 3.00 整体法兰强度计算-按GB150(GB150和JB4732相同）
垫片外径d2mm给定1280.00垫片内径d1mm给定1220.00垫片压紧力作用中心圆直径D G mm按GB150-1998,9.5.1.21260.40 预紧状态下，需要的最小螺栓载荷Wa N 3.14bD G y2675803.49 操作状态下需要的垫片最小 压紧力 F P N 6.28D G bmP C791107.12流体压力引起的总轴向力F N0.785D G2P C4240013.37求和 F P+F F P+F N F P+F5031120.49预紧状态下，需要的最小螺 栓总截面积 A a mm2Wa/［σ］ｂ10921.65操作状态下需要的螺栓总截 面积 Ap mm2（ＦP+F）/［σ］b t24422.92需要的螺栓总截面积A m mm2Aa和Ap大者24422.92选用螺栓直径D mm选取42.00 选用螺栓的小径D小mm选取31.35 选用螺栓数量n个选取36.00 实际选用螺栓总截面积A b mm2 3.14*D小2*n/427788.65螺栓设计载荷W N(Am+A b）*[б]b/26395916.90操作情况 螺栓中心圆直径D b mm结构给定尺寸1410.00法兰外直径D O mm结构给定尺寸1490.00法兰颈部与法兰背面交点处 圆直径 D O mm结构给定尺寸1305.00法兰颈部大端有效厚度δ1mm(D0-D i)/252.50 螺栓中心至法兰颈部与法兰背面交点的径向距离L A mm(D b-D0)/252.50 法兰中心至F D作用位置处的径向距离L D mm L A+0.5δ178.75 法兰中心至F G作用位置处的径向距离L G mm(D b-D G)/274.80 法兰中心至F T作用位置处的 径向距离 L T mm(L A+δ1+L G）/289.90法兰颈部小端有效厚度δ0mm结构给定尺寸30.00 作用于法兰内径截面上的流体压力引起的轴向力F D N0.785D i 2 P C3843360.00 窄面法兰垫片压紧力F G N F G=F P791107.12流体总轴向压力与流体压力 之差 F T N F-F D396653.37力矩F D L D N.mm302664600.00
铁塔技术规范书
铁塔建设技术要求 一、前期工作 各铁塔厂家需提前熟悉建设单位的通信铁塔设计要求、拟采用的铁塔形式、制作安装技术要求及相关费用的标准。 二、拟用铁塔类型及使用范围 1、角钢自立塔：建议塔高不大于60m（20~60米）； 2、（三角、四角）钢管塔：塔高不大于100m； 3、单管塔：用于平地地区且交通运输便利，建议塔高不大于50m； 4、地面拉线塔：用于场地较大，建议塔高不大于35m。 5、轻型边际站自立塔:建议轻型边际站自立塔塔高不大于25m； 6、屋面立杆：适用于屋面梁板为现浇的结构。 三、现场勘察要求 各类型铁塔需根据通信工艺要求到现场勘察，结合现场环境确定铁塔位置、铁塔形式及铁塔高度，并由正规地质勘察单位出正式地质勘察报告。 四、各类型铁塔工艺及技术要求 铁塔设计及制作总体原则：满足通信天线及馈线安装要求，便于操作维护；符合国家相关规范，保证结构安全，抗风、抗震、防锈、防雷；优化设计，合理选型，便于制作安装，缩短工期，降低工程投资。设计应按正式铁塔施工图出图，并由正规设计院加盖设计专用章。 （一）角钢自立塔 1、变形限制 1（1）在当地各种气候条件下，应保证铁塔30年内不产生影响通信使用的变形；塔身平面内的弯曲挠度＜0.45度，塔身水平面内的弯曲挠度＜0.45度。
（2）塔体侧向水平最大变形≤H/1000，H为塔体高度。 2、铁塔设计使用周期按50年考虑。 3、负荷要求 （1）满足云南省风荷载（50年一遇）要求。建议根据云南省内基本风压分布和山高要求，按山高20m、山高50m进行标准设计，对山高超过50m的铁塔进行单独设计。 （2）当塔建在地面上时，要求塔体及基础按照《建筑抗震设计规范》 GB50011-2002所确定当地抗震设防烈度设计；当塔建在楼顶时，塔体抗震设防烈度除按规范确定外，尚应不低于塔下楼房的抗震设防烈度。 （3）塔体上天线平台采用二层外平台形式，二层平台的间距为 5.0m，平台直径为3.5~5.0m，第一平台离塔顶为2米。 （4）二层平台上共安装定向天线12付，每付天线重量为12Kg，几何尺寸为2570/255/105mm（长/宽/厚）。 （5）天线支架伸出平台长度应保证天线抱杆分布圆直径不小于 6.0m（可移动式支架），抱杆为Φ70mm，长为3m。 （6）每付天线按照安装一根馈线考虑，直径Φ30mm，其单位重量为 1.0kg/m，每条馈线长度按天线挂高加10m计算。 （7）铁塔平台上的活荷载不宜小于250kg/m2。 2（8）其他负荷（雪、裹冰等）要求按当地最大负荷设计。 （9）铁塔负荷应适当考虑今后扩容的需要（以建设单位要求为准）。 4、安全及防范措施 （1）塔体应考虑防雷措施，机房和铁塔共用一个接地系统，接地电阻小于5欧姆。
(整理)具有环形垫片的螺栓法兰连接计算规则
168EN1591 - 1法兰及其接头- 垫片圆形法兰连接的设计规则—第一部分: 计算方法, 作为对在压力、温度、外力和外弯矩等载荷作用下的螺栓法兰连接进行完整性和密封性计算的规则。按EN1591 - 1 方法进行计算时,需要输入一组垫片(特性) 系数, 所以又制订了ENV1591 – 2法兰及其接头- 垫片圆形法兰连接的设计规则—第二部分:垫片系数作为对其的补充 一：计算中采用载荷状况包括初始装配,压力试验,重要的操作工况。计算步骤大致如下: 1.1 首先, 计算装配工况下需要的最小螺栓载荷。要求在其后的其他载荷工况下, 在垫片上的残余作用力不低于垫片要求的最小平均值(该值可取自ENV1591 - 2) 。此计算是叠代过程, 为该载荷取决有效垫片宽度, 而有效垫片宽度本身又取决于螺栓装配载荷。 1.2 其次,由选定的螺栓装配载荷计算出各载荷条件下产生的内力。按组合后的外、内力进行如下的检查:1) 装配工况:检查螺栓拧紧过程中可能产生的最大螺栓力;2) 试验和操作工况检查必需的最小力,以保证接头不发生屈服。 二：密封计算中需要的最小垫片力按以下两个方法确定: 2.1 用ENV1591 - 2 标准中的垫片系数, 此系数基于工业的经验和对应主要气体和蒸汽的泄漏率。这是传统的方法,不给出具体泄漏率大小。
2.2 如果有可能, 按照ENV1591 - 2 提出的方法,通过泄漏率对垫片应力的测试数据进行计算。此方法允许将设计基于任何确定的最大泄漏率。 三：法兰视作一矩形截面的圆环, 且环截面保持不变形。仅考虑法兰环中的周向应力和应变, 忽略径向和轴向应力和应变。对整体法兰, 锥颈处理为一当量圆柱壳,法兰环截面与该当量圆柱壳相连,当量圆柱壳的厚度通过计算得到。计算时法兰环与壳体连接处,考虑转角和位移的连续性。在计算法兰环截面宽度时,要去除部分螺栓孔的尺寸,如整体法兰和法兰平盖: = ( - ) / 2 -(1) 式中d5 e为螺栓孔直径,当螺栓间距较小时,接近于; 当螺栓间距较大时, 接近于0。法兰环截面的有效厚度 可用环截面积除以该截面的实际径向宽度得到,即: = 2Ap/ ( - ) (2) 因圆弧和弦长存在差异,需要考虑计算螺栓圆有效直径: = (1 -2/) (3) 式中为螺栓数目。 法兰环截面的转角和作用在法兰环上的径向弯矩之间的关 系为: =/× = + ( - + ) + (+ )(4)
同塔多回高压输电铁塔结构设计及应用分析 黄培旭
同塔多回高压输电铁塔结构设计及应用分析黄培旭 发表时间：2019-09-19T09:06:57.007Z 来源：《电力设备》2019年第8期作者：黄培旭[导读] 摘要：同塔多回路在国外应用较普遍，尤其是在经济发达且人口密集的日本和欧洲部分国家应用较多。 （揭阳市明利电力发展有限公司广东揭阳 522000）摘要：同塔多回路在国外应用较普遍，尤其是在经济发达且人口密集的日本和欧洲部分国家应用较多。这些国家由于土地资源紧缺、线路走廊的投资占工程总投资的比重较大，技术又相对比较成熟，因此同塔多回路的应用相对广泛。而我国的铁塔结构安全设计还在不断完善中，因其是多回路高压输电线路的主要承受力的设施，同时，高压电的输出率增加和暴风雪等恶劣天气的来临，对于电塔的承受力的 要求也严格了起来，因此在电塔的结构设计必须满足能承受高压且安全等特点，但我国这方面的经验还不足，因此如何进行合理的电塔结构设计及科学应用是需要探讨的重点。 关键词：同塔多回；高压输电；铁塔；结构设计；应用 1同塔多回路技术经济指标 1.1铁塔钢材成本费用 例如图1，经过比较可以知道，同塔双回路的塔基要比同塔4回路的要重，耐张力也比同塔4回的架空输电的线路重。 图1 分析原因主要是铁塔高度的增加导致风压产生的弯矩、扭矩增加，从而影响铁塔重量的增加。为了满足设计要求，铁塔主材需采用双拼甚至4拼角钢或钢管材料，从而增加了铁塔的重量。并且其加工难度和加工费用高于常规线路，这也增加了一部分费用。 1.2铁塔基础材料成本费用 高压多回路的电力铁塔基础的材料有水泥及钢筋，因为要进行多回路线路的架设，电力铁塔自身的重量和高压电力的承受力要求都必须有所提高，导致所需建设的材料也要增加，一般来说基础工程量比两个双回架空输电线路还要多。 1.3电气材料成本费用 当然，进行电力线路建设时，还要考虑其中的电气材料成本费用。电气材料有通信线和导线等。同塔4回架空输电线路与2个同塔双回架空输电线路相比，其导线、通信线的耗量相同，节约2根地线，但绝缘子增加了一部分。综合考虑，两者的电气费用大致相同。 1.4施工费用 施工费用与工程项目建设息息相关的，直到关乎最后的完工质量，因此在进行电塔的输电线路建设工作时，要合理利用资金，节约投资成本。影响施工费用的主要因素包括施工人员、施工难度以及施工工期。实施同塔4回架空输电线路的架设，对工人技术要求较高，施工难度较大，工期较长，相应施工费用也略高。 1.5征地费用 输电线路的施工过程中，其征地费用也要考虑在内。征地费用主要是指电力线路走廊通道的覆盖面积，在实际应用中，两条同塔双回输电线路和同塔4回输电线路相比较而言，还是同塔4回的征地费用花费较少，大概节省1/2。因此征地费用上的成本是可以节省的。 2铁塔设计研究 2.1铁塔荷载 各塔型的使用条件均满足《塔型规划及技术条件》的要求。铁塔计算的荷载组合按如下原则确定。 2.2正常运行情况 基本风速、无冰、未断线；设计覆冰、相应风速及气温、未断线；最低气温、无冰、无风、未断线（适用于终端和转角塔）。 2.3断线 输电线路断线的情况一般分为以下两种：一种是悬垂型杆塔断线，温度为-5℃，有冰状态，无风影响计算，在同一档内，断任意一导线，地线不断，同样断任意一地线，导线未断。而另一种为耐张型杆塔断线，温度也是-5℃，有冰状态，无风计算下，同档内，断任意一地线，单导线也断任意一根。因此不同的杆塔，断线的情况是不同的。 2.4不均匀冰荷载情况 （1）悬垂型杆塔按未断线、-5℃、有不均匀冰、10m/s风计算，两侧覆冰不同，同时不小于：①导线的纵向不平衡张力取导线最大使用张力的10%；②地线的纵向不平衡张力取地线最大使用张力的20%。 （2）耐张型杆塔按未断线、-5℃、有不均匀冰、10m/s风计算，两侧覆冰不同，同时不小于：①导线的纵向不平衡张力取导线最大使用张力的30%；②地线的纵向不平衡张力取地线最大使用张力的40%。各类杆塔均应考虑所有导、地线同时同向有不均匀覆冰的不平衡张力，使杆塔承受最大的弯矩。