【输电杆塔设计培训】08、第八章 铁塔内力计算
输电杆塔计算说明书
关键词:500kV，输电线路设计，金具设计，杆塔结构设计，防雷接地设计
I
东北电力大学毕业设计说明书（论文）
目 录
摘 要......................................................................................................................................................................I 概 述................................................................................................................................................................ - 1 第 1 章 导地线设计..........................................................................................................................................- 3 1.1 导线设计.............................................................................................................................................- 3 1.1.1 导线的比载..............................................................................................................................- 4 1.1.2 导线的机械物理特性..............................................................................................................- 6 1.1.3 确定控制气象..........................................................................................................................- 6 1.1.4 计算临界档距..........................................................................................................................- 7 1.1.5 计算各条件下的应力弧垂......................................................................................................- 7 1.1.6 各种气象条件下的导线的应力弧垂数据............................................................................. - 8 1.1.7 安装曲线计算........................................................................................................................- 10 1.2 地线设计...........................................................................................................................................- 12 1.2.1 地线比载................................................................................................................................- 13 1.2.2 地线机械物理特性................................................................................................................- 15 1.2.3 确定控制气象........................................................................................................................- 15 1.2.4 计算临界档距........................................................................................................................- 15 1.2.5 计算各条件下的应力弧垂....................................................................................................- 16 1.2.6 各种气象条件下的应力弧垂数据....................................................................................... - 17 第 2 章 杆塔定位............................................................................................................................................ - 20 2.1 定位的原则要求...............................................................................................................................- 20 2.2 估计耐张段代表档距.......................................................................................................................- 20 2.3 计算应力...........................................................................................................................................- 20 2.4 计算 K 值.......................................................................................................................................... - 20 2.5 制作 K 值模板.................................................................................................................................. - 21 2.6 用模板排定直线杆塔塔位...............................................................................................................- 21 2.7 在杆塔定位图中定各档距值...........................................................................................................- 22 -
【输电杆塔设计培训】08、第八章 铁塔内力计算
∑MC一I—I截面以上所有外力对C点力矩之和；
bi一主材内力Nu到O点的垂直距离；
di－斜材内力到C点的垂直距离（一般用作图 法量得）；
α一主材与斜材夹角。
注：当主材无坡度时，斜材内力可按下式计算：
NS
P
2cos
式中 ∑P一 I－I截面以上全部水平荷载之代数和，
顶面横材承受∑P/2 。
β－ 斜材与水平面夹角。
α一主材与斜材夹角。
3．K型斜材桁架
如图5所示K型斜材桁架的 斜材受力与双斜材拉压系统相
同，而主材受力较小。
主材内力：
Nu
M0 G
2bi 4sin
斜材内力 :
水平N村s 内4力dM1i:c
图5
ND
Mc 4d 2i
4. 承受双向荷载单斜材桁架
Nu
Mx 2ai
My
G
2bi 4sin sin1
视为零杆，而对于横隔材可只考虑承受扭矩；
（4）打拉线的拉线铁塔，由于本身的刚度很大， 一般在计算中不考虑因挠度而产生的附加弯矩；
（5）铁塔腿部与基础的连接，假定为不动铰接； （6）将动力或冲击荷载视为静力荷载，在计算中 引人动力系数和冲击系数；
（7）采用平面桁架进行计算时，主材应力应将正、 侧两面的应力相叠加。
2．双斜材桁架 如图4
主材内力：
Nu
M0 G
2bi 4sin
斜材内力：
Ns
Mc 2 2di
Mc 4di
水平村内力
ND
Mc 2d2i
图4
式中∑M0— I—I截面以上所有外力对0点力矩之和；
∑MC一I—I截面以上所有外力对C点力矩之和；
bi一主材内力Nu到O点的垂直距离；
铁塔基础知识培训课件
重心线：角钢两个截面的重力作用点的连线就是重心线，一般认为角钢1/2准线处 即为其近似重心线。
一、铁塔放样基础
一、铁塔放样基础
正头：在图纸中，标注角钢为“＋数”，就为正头（如下图中317角钢，注：315 角钢与310角钢也为正头，因为是常规不进行标注，它们这时的正头是标准端距 如315＃角钢螺栓为M20，则正头为30mm，310角钢螺栓为M16，则正头为 25mm）。 负头：在图纸中，标注角钢为“－数”，就为负头（如下图中318、311、205角 钢）。 端连接：角钢上的首个螺栓孔位于各角钢心线交点处的情况称为端连接（如下图 中315、310角钢）。
一、铁塔放样基础
开口：各段结合处的宽度，也叫做根开。 变坡口：不同坡度的段落结合处的宽度。
垂高：塔体某个部位对地面的垂直高度。
准线差：两根不同规格的角钢对接的时候，他们的准线不在一条直线上，两个准 线之间的距离就是准线差。 呼称高：指从地面到铁塔最低导线悬挂点的高度，又叫做呼高
四、个人心得
五、车间加工及试组装发现的部分问题 六、TW软件部分命令分析
一、铁塔放样基础
1、铁塔按不同的归类方式可以有如下几种： （1）、按用途分：直线塔--Z 转角塔--J 直线转角塔--ZJ
终端塔--D
换位塔--H
分支塔--F
等
跨越塔--K
（2）、按结构分：干字型--G 鼓型--Gu 羊角型
端距：在角钢肢平面内，角钢端头与首个螺栓孔中心之间的距离。
轧制边距：准线与轧制边之间的距离。 切角边距：螺栓孔中心与切角边之间的距离。
一、铁塔放样基础
杆塔设计 受力分析
如图8 - 4 (c)所示为八字拉线门型杆受横向 和纵向荷载联合作用，存在以下三种受力情 况。
输电杆塔结构及其基础设计
8.3 拉线电杆主杆挠度和弯矩的计 算
拉线电杆的主杆和拉门塔的主柱实际上是在轴向力 与横向荷载共同作用下工作的，由于横向荷载、主 杆或主柱初弯曲以及轴向压力初偏心的作用，致使 主杆或主柱产生了横向挠度。轴向压力N的作用将 使横向挠度进一步增大，从而使弯矩加大。它们属 于压弯构件（梁-柱）。
输电杆塔结构及其基础设计
输电杆塔结构及其基础设计
8.7.3 拉线应力状态方程式
输电杆塔结构及其基础设计
8.7.4 梁柱单元刚度矩阵
输电杆塔结构及其基础设计
8.7.6 拉线分布荷载计算 拉线通常所受的荷载有
自重荷载、风荷载、覆冰 重力荷载及拉线上的集中 荷载等。 (1)垂直于拉线的分布风荷 载
输电杆塔结构及其基础设计
8.7.1 塔柱总节点刚度矩 阵方程
塔柱的总节点位移有： ①自由位移；②拉线节 点位移；③约束位移。按 照三种位移对总节点力向 量、总节点刚度矩阵进行 分块，得到塔柱总节点刚 度矩阵方程的分块形式如 下
输电杆塔结构及其基础设计
8.7.2 相互作用力转换矩阵Ty和变形协调转 换矩阵T建立
输电杆塔结构及其基础设计
8.4.2 纵向对称荷载作用下的内力计算
如断中导线或0度大风时，杆塔受纵向对称 荷载荷载作用，拉线和主柱的受力按下式计算
输电杆塔结构及其基础设计
8.5 外拉线门型塔考虑门形构架侧 移时的计算
8.5.1 拉门塔的工作特点和简化假设 拉线杆塔结构在横向、垂直荷载作用下，产生一定侧移△后而保
输电杆塔结构及其基础设计
自立式铁塔计算培训
自立式铁塔计算培训第2章杆塔外形尺寸确定2.1确定杆塔外形尺寸的因素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、双地线挂点之间水平距离等。
杆塔用来支持导线和地线，其外形尺寸主要取决于导线及地线的电气方面要求。
如导线对地、对交叉跨越物的空气间隙距离，导线之间、导线与地线之间的空气间隙距离，导线与杆塔部分的空气间隙距离，地线对边导线的防雷保护角，双地线对中导线的防雷保护，考虑带电检修带电体与地电位人员之间的空气间隙距离等。
杆塔外形尺寸按照下列电气要求确定：（1）：用于确定杆塔呼称高（1）导线在自重作用下产生弧垂（sag ），档距中央导线部分对地面（或被跨越物）的垂直距离最小。
设计杆塔时必须保证，在内部过电压（操作过电压）和外部过电压（雷电过电压）气象条件下，档距中央导线部分对地或交叉跨越物要保证一定的安全距离。
（2）：用于确定横担的长度（2）在正常运行电压气象条件下，导线发生不同步摇摆时，导线之间的水平距离减小，档距中央导线之间的空气间隙最小。
设计杆塔时，必须保证导线挂线点之间有一定的水平安全距离。
（3）：用于确定上下横担的垂直距离（3）电线覆冰不均匀以及覆冰脱落时的跳跃，使上下层导线之间及导线与地线之间的垂直距离减小。
设计杆塔时，必须保证电线挂线点之间有一定的垂直安全距离。
（4）：也用于确定横担长度（4）在正常运行电压、操作过电压和雷电过电压气象条件下，导线受到风速作用发生风偏，使导线（带电体）与杆塔部分的距离接近。
设计杆塔时，要保证导线在发生风偏的情况下与接地体（杆塔身、脚钉、拉线等）之间有一定的安全距离。
（5）：也用于确定横担长度（5）为考虑在杆塔上带电检修线路，设计杆塔时，必须保证导线在发生风偏的情况下与地电位人员（或接地体与等电位人员）之间满足带电检修安全距离的要求。
（6）：用于确定地线支架高度（6）地线挂点与导线挂点的位置关系要满足地线对导线防雷保护角的要求。
铁塔基础计算
铁塔基础设计在工程设计时根据具体情况进行分类规划一般分四类：粘土坚硬粘土碎石严重风化岩等C1粘土硬塑C3粘土可塑C5粘土软塑C7特殊地质、地形应区别对待。
如：未风化的岩石、有河流的河套地段、有较高洪水位的塔位、有较厚层的粘土地带、地下水位高施工困难地带等等根据地质地形条件和铁塔种类设计相应的基础。
目前常用的基础形式是现场浇注的台阶式钢筋混凝土基础。
台阶一般两阶或三台阶常用。
基础尺寸的预设定根据作用力大小确定，我们设计是66、110千伏且单回路线路，设计的铁塔基础作用力不大，主柱的宽度直线塔600,耐张塔600或800.选择台阶尺寸时要注意、台阶高度和伸出长的比值一定大于等于1,等于1是45度，“刚性角”因为基础底板不配钢筋不能使混凝土基础受拉。
常用的台阶尺寸最底层的采用300,其他台阶高度按计算和构造要求确定。
设计基础时已知条件铁塔基础作用力：上拔力、下压力、水平力;地质条件地耐力、地下水位、冻结深度、设计的过程是试凑法、事先给定尺寸、验算不满足要求重新选择尺寸、反复几次最后达到目的。
上拔稳定计算上拔稳定计算、根据抗拔土体的状态分别采用剪切法和土重法。
剪切法适用于原状土体；土重法适用于回填抗拔土体。
我们经常采用的是钢筋混凝土台阶式基础是回填抗拔土体，计算应用土重法。
下面介绍土重法计算。
土重法中几个常用参数在“送电线路基础设计技术规定”附表:注：位于地下水以下土的计算容重按8〜11取用。
混凝土重度24KN/m，位于地下水以下混凝土的计算重度按12KN/吊取用。
（插图1）自立式铁塔基础上拔稳定:r f T E<r E rs(Vt-△vt-V°)+Qr「基础附加分项系数直线塔1.1;耐张、转角塔1.6T E-上拔力ht-基础埋深mVt-ht深度内土和基础的体积m3△vt-相邻基础影响的微体积r『水平力影响系数(r s-基础底板以上土的加权平均重度M-深度内的基础的体积m3Q-基础自重力Q=基础体积*混凝土重度Vt(基础体积)=ht(B2+2Bhttana+4/3ht2tan2a)△vt=(B+2httan%-L)2/24tan%(2B+L+4httan%) L-基础跟开m基础下压计算1 .当轴心荷载作用时应符合式：F><fa/r rfP-基础底面处的平均压力设计值Kpaf a r修正后的地基承载力「f-地基承载力调整系数0.75B-基础宽度m2 .当偏心荷载作用时应符合式：Pmaxw1.2fa/「什基础底面的压力计算当轴心荷载作用时应符合式：P=(F+「G G)/AF-上部结构传至基础顶面的竖向压力设计值KN G-基础自重和基础上的土重KN2A-基础底面面积mr G-永久荷载分项系数，对基础有利时，宜取P G=1.0,不利时应取P G=1.2。
杆塔计算原则
皖电东送淮南—上海输变电工程杆塔荷载及铁塔计算原则中国电力工程顾问集团公司二〇〇八年九月目录1设计依据 (1)1.1 技术标准及规程规范 (1)1.2 设计气象条件 (1)1.3 导地线参数 (3)1.4 绝缘子及金具等相关参数 (3)1.5 地线保护角 (4)2荷载取值原则 (5)2.1 重现期及结构重要性系数 (5)2.2 荷载 (5)3杆塔荷载条件 (10)3.1 水平档距 (10)3.2 垂直档距 (11)3.3 代表档距 (11)3.4 最大使用档距 (11)3.5 Kv值 (11)4荷载工况 (11)4.1正常运行 (12)4.2 断线工况 (12)4.3 不均匀冰工况 (12)4.4 安装工况 (13)4.5 终端杆塔 (13)4.6 验算情况 (13)4.7 抗串倒塔荷载 (13)4.8 OPGW开断塔 (14)4.9 气象区分界塔 (14)5其它 (14)1.设计依据1.1 技术标准及规程规范适用于电力送电线路工程项目的法令、法规、标准、规程、规范、规定等的最新有效版本。
主要标准如下：（1）《架空送电线路基础设计技术规定》(DL/T 5219-2005)；（2）《送电线路铁塔制图和构造规定》(DLGJ136-1997)；（3）参照执行《110-750kV架空输电线路设计技术规范》(报批稿)、《架空送电线路杆塔结构设计技术规定》(DL/T5154-2002)、《重覆冰架空输电线路设计技术规程》(报批稿)及其他有关规程、规范、技术规定和参考资料；（4）《1000kV交流架空输电线路设计暂行技术规定》（Q / GDW 178-2008）；（5）本工程相关专题研究报告；（6）中国电力工程顾问集团公司出台的特高压相关规定。
1.2 设计气象条件设计气象条件表1.3 导地线参数地线支架垂直和水平荷载按照LBGJ-240-20AC增大5%开。
1.4 绝缘子及金具等相关参数（1）绝缘子长度本次铁塔规划，盘式或合成绝缘子净长按照10.53m执行，绝缘子串长度参考华东院提供绝缘子串组装图相应串型确定。
输电线路塔身风荷载计算方法
输电线路塔身风荷载计算方法嘿，咱今儿个就来说说输电线路塔身风荷载计算方法这事儿！你可别小瞧了这风荷载，它就像个调皮的小精灵，要是不把它弄明白，那输电线路可就有麻烦啦！想象一下，那输电线路的塔身就像是个勇敢的卫士，屹立在天地之间。
而风呢，就像是一群捣蛋鬼，时不时地就来捣乱。
这时候，我们就得想办法算出风荷载到底有多大的威力，才能让塔身这个卫士做好准备呀！风荷载的计算啊，其实就像是解一道谜题。
我们得考虑好多因素呢，比如风速啦，风向啦，还有塔身的形状和尺寸等等。
这就好比是给一个人搭配衣服，得考虑身材、风格、颜色啥的，一个都不能马虎。
咱先来说说风速。
这风速可太重要啦，就像一个人的跑步速度一样。
风跑得越快，对塔身的冲击力就越大。
那怎么知道风速有多大呢？这就得靠专门的仪器去测量啦。
然后是风向。
这风向就像是一个调皮的孩子，一会儿往东跑，一会儿往西跑。
我们得搞清楚它到底往哪个方向吹，才能更好地算出风荷载对塔身的影响呀。
再来说说塔身的形状和尺寸。
这就好比是不同形状的碗，装的水肯定不一样多呀。
塔身要是又高又细，那受到的风荷载可能就会大一些；要是矮矮胖胖的，可能就会小一些。
那具体怎么计算呢？这可就得用到一些公式和方法啦。
这就像是做菜的菜谱一样，按照步骤一步一步来。
不过可别觉得这很简单哦，这里面的学问可大着呢！比如说，我们得考虑空气的阻力，就像人在水里游泳会受到水的阻力一样。
还得考虑塔身的结构，是不是坚固呀，能不能承受住风的冲击呀。
算出来风荷载之后呢，我们就可以根据这个结果来设计和建造输电线路塔身啦。
就像是给房子打地基一样，得打得稳稳的，才能让房子不倒塌呀。
你说这风荷载计算方法重要不重要？那当然重要啦！要是算错了，那输电线路出了问题可咋办？那可就会影响好多人的生活呀！所以呀，咱可得认真对待，不能马虎。
总之呢，输电线路塔身风荷载计算方法就像是一把钥匙，能打开安全输电的大门。
咱可得好好研究，让这把钥匙发挥出最大的作用，为我们的生活提供稳定可靠的电力呀！你说是不是这个理儿？。
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视为零杆，而对于横隔材可只考虑承受扭矩；
（4）打拉线的拉线铁塔，由于本身的刚度很大， 一般在计算中不考虑因挠度而产生的附加弯矩；
（5）铁塔腿部与基础的连接，假定为不动铰接； （6）将动力或冲击荷载视为静力荷载，在计算中 引人动力系数和冲击系数；
（7）采用平面桁架进行计算时，主材应力应将正、 侧两面的应力相叠加。
b
a
TD
TD
图7
Tb
Tb
TD 2
Ta
TD 2
如图7，断线张力以剪力TD和扭矩T＝TDC传之塔 身中心
剪力：平均分配于两个侧面上
扭矩：分配在塔身横截面上，计算如下：
正面受力 Ta
=
TDC 2b
侧面受力 Tb
TDC 2a
注：扭矩分配到 正、侧面各二分之一
式中 Ta、Tb一分配到正、侧面上的力；
α一主材与斜材夹角。
3．K型斜材桁架
如图5所示K型斜材桁架的 斜材受力与双斜材拉压系统相
同，而主材受力较小。
主材内力：
Nu
M0 G
2bi 4sin
斜材内力 :
水平N村s 内4力dM1i:c
图5
ND
Mc 4d 2i
4. 承受双向荷载单斜材桁架
Nu
Mx 2ai
My
G
2bi 4sin sin1
3、在扭矩作用下斜材内力计算
如图9所示，塔身每一根斜 材所要承受的水平力为：
右侧面
N＝Tb
TD 2
左侧面
N=Tb
TD 2
图9
正、背面 N=Ta
根据水平力和斜材与铁塔水平方向的夹角便可 求得斜材内力。
4、在扭矩作用下横隔材内力计算
如图9： 当a及b立面第一档为单斜材时
NDa Ta
a、b－塔身某分段顶部截面的正、侧面宽度；
2、在扭矩作用下主材内力的计算
（1）塔身为单斜材
如图8，以正面右侧主材受 力为例
前片在Ta作用下对0点取力
平衡方程式：
Nu1
Ta ha ai sin
右片在Tb作用下对0’点
图8
取力平衡方程式：
Nu 2
Tb hb
bi sin 1
合力为：
Nu Nu1 Nu2
图6
式中 Mx－横向风荷载使塔身产生的横向弯矩； My一顺线路张力，使塔身产生的纵向弯矩； α、α1—铁塔正、侧面主材与水平面夹角。
5.横向荷载引起的内力 塔身上的所有横隔材以及横担上的水平材，除按以 上计算方法所求得的内力外，还要考虑安装和检修 时附加弯矩所产生的附加应力。
横担主材支撑点为连续时： M pl 5
塔身内力计算与塔身的结构布置方式有关。
一、塔身受弯内力计算
采用截面法
1．单斜材桁架 如图8－3所示，图8－3a 为主材无坡度，图8－3b 为主材有坡度。 截取I—I截面，则：
a.无坡度
b.有坡度
图3
主材内力：
Nu
M0 G
2bi 4sin
斜材内力：
Ns
Mc 2di
式中∑M0— I—I截面以上所有外力对0点力矩之和；
N Db
Tb
TD 2
当a及b立面第一档为双斜材时
其他水平材： M pl
式中 P一工人工具较4 重时，采用1000N并乘以荷载 组合系数0.75（事故检修）和0.9（安装）；
l一斜材支撑长或主材的相邻两支撑点间的距离 （取最大值）。
二、塔身受扭计算（断情况）
1、塔身受扭分析
在断边导线和不平衡张力作用下，塔身将同时
受弯和受扭.
c
T = TD c
Ta
第二节 铁塔内力计算方法
1、节点法
计算时每次割取一个节点作为隔离体，根据节
点力系平衡原理，即所有汇交在被截出的节点上
的杆件和作用在这个节点上的外力相平衡条件
列出二个平衡式∑X=0、∑Y=0，见例1。
例1,如图1，G＝100N，AB=400mm求N1、N2
解：采用节点法，取A节点
用∑Y=0，求N1，将所有力向Y轴投影。
2．双斜材桁架 如图4
主材内力：
Nu
M0 G
2bi 4sin
斜材内力：
Ns
Mc 2 2di
Mc 4di
水平村内力
ND
Mc 2d2i
图4
式中∑M0— I—I截面以上所有外力对0点力矩之和；
∑MC一I—I截面以上所有外力对C点力矩之和；
bi一主材内力Nu到O点的垂直距离；
di－斜材内力到C点的垂直距离（一般用作图 法量得）；
∑MC一I—I截面以上所有外力对C点力矩之和；
bi一主材内力Nu到O点的垂直距离；
di－斜材内力到C点的垂直距离（一般用作图 法量得）；
α一主材与斜材夹角。
注：当主材无坡度时，斜材内力可按下式计算：
NS
P
2cos
式中 ∑P一 I－I截面以上全部水平荷载之代数和，
顶面横材承受∑P/2 。
β－ 斜材与水平面夹角。
Taha Tbhb
ai sin bi sin 1
式中 α、α1－Ta、Tb作用桁架平面内主材与水平 线之间的夹角；
ai－高度为ha处，在Ta作用平面内的塔宽； bi－高度为hb处，在TB作用平面内的塔宽；
（2）塔身为双料材
对双斜材，当正、侧面的斜材交于同一点时， 塔截面为正方形时，则主材受力为零。
G+ N1 cos（1500－900）＝0
N1＝－G/ cos（1200－900）
＝－100/0.87＝－115N
负号说明力方向假设反了。
同理用∑X=0可求出N2
图1
2．截面 法将桁架选一适当的截面，而取其一部分作为隔
离体，研究构件内力与外荷载的平衡，根据共面 力系平衡条件，可列出三个平衡方程式：
例2 如例1，求N1、 解：采截面法,如图2，取Ⅰ－Ⅰ N1
截面，截面以上所有力对B点 取矩
图2
400G+N1*400cos(1200-900)=0
N1=－400G/400cos(1200-900)=－115N 3、隔离体法 例见酒杯型塔头计算
第三节 塔身的内力计算
铁塔承受的水平荷载（除角度荷载外）其方向是 不定，因此各构件都有可能受压，故铁塔构件均按 压杆设计。
输电杆塔及基础设计
第八章 铁塔内力计算
第一节 铁塔内力计算假定及其计算方法
一、计算假定 输电线路铁塔属于空间桁架结构，在大多数情 况下为超静定结构。为了简化计算，一般在设计 中作如下假定： （1）将空间桁架化为平面桁架，这是因为铁塔 上所承受的荷载（纵向或横向）在铁塔的正、侧 面上基本上是对称的； （2）构件的节点为理想铰，所有构件的轴线都 是在同一平面内的直线，并在节点上交于节点中 心，这种体系的构件只承受轴向力； （3）为了将铁塔简化为静定的平面桁架，一般 可将因构造要求而设置的多余杆件略计，如辅助