输电线路杆塔结构设计

浅谈输电线路杆塔结构设计

摘要：文章综述了我国高压输电线路铁塔结构设计方面的一些经验、看法和常被忽略的问题。对我国输电线路杆塔结构在荷载取值、结构优化、新材料应用等方面的研究进展加以介绍，并且根据研究现状和社会经济发展需求，提出今后研究需要进一步加强的内容。

关键词：输电线路；杆塔型；结构设计

abstract: this paper reviews some experience of the design of tower structure for hv transmission lines in china’s views and often overlooked problem. to introduce the research progress on load, structure optimization, the application of new materials and other aspects of china’s power transmission lines, and according to the current research status and the demand of social and economic development, puts forward the future research needs to further strengthen the content.

key words: transmission line tower type; structural design;

中图分类号：tb482.2文献标识码：a文章编码：

引言

输电线路杆塔是支承架空输电线路导线和地线并使它们之间以

及与大地之间保持一定距离的杆形和塔形的构筑物，其安全可靠性直接关系到整个输电线路的安全运行。在架空输电线路工程中，杆塔建设费用约占本体投资的30%甚至以上，直接决定着线路的经济性。随着我国特高压电网的建设以及同塔多回线路、紧凑型线路、大截面导线等输电新技术的推广应用，输电线路电杆塔大荷载、大型化的趋势愈发明显。“资源节约型、环境友好型”社会的建设、大电网的安全稳定性、气候变化复杂异常对杆塔结构的安全可靠性、经济性、环保性能等都提出了更高的要求，输电线路杆塔结构研究面临新的挑战。

本文对我国输电线路杆塔结构在荷载取值、结构优化、新材料应用、等方面的研究进展加以介绍，并且根据研究现状和社会经济发展需求，提出研究需要进一步加强的内容。

1.杆塔的作用

杆塔（pole and tower）的作用是支承架空输电线路导线和地线并使它们之间以及它们与大地及杆塔之间的距离在各种可能的

大气环境条件下，符合电气绝缘安全和工频电磁场限制条件的要求。

2.杆塔设计的现状分析

杆塔结构是一种超静定结构，某一杆件破坏并不能确定整个结构破坏，只有当破坏的杆件达到一定数目时，杆塔不能再承受载荷，导致杆塔破坏。传统的满应力设计方法无法满足工程结构的这一特

征。研究杆塔结构极限分析方法，确定杆塔结构的最大承载能力是必要的。

作用在杆塔上的载荷主要在风载、冰雪载荷、地震载荷。目前对杆塔的动力学特性研究不深，而在设计过程中盲目地选取过大动载荷影响因子。不仅增加了杆塔的重量，而且也不能避免由动态应力、应变引起的杆塔破坏。因此，研究杆塔结构的动力学特性是新型杆塔结构设计由静态设计走向动态设计的关键步骤。

3.输电线路杆塔结构研究

3.1杆塔荷载

对杆塔荷载的研究，主要研究结构重要性系数、风荷载重现期、最小设计风速等的取值和杆塔的静力和动力风荷载计算方法以及

杆塔荷载的组合和取值原则。结构重要性系数和风荷载重现期，主要基于对结构可靠度指标的分析来确定；风振系数主要针对高塔来进行；荷载组合主要研究导线的断线原则、张力取值以及与风、冰荷载的组合条件。这些外荷载取值的研究，目的是掌握杆塔外部荷载更为合理的作用和变化规律，为杆塔结构设计提供较为客观的依据。

3.2杆塔结构设计方法

杆塔结构设计方法的研究，一方面是研究杆塔结构设计中的分析计算力学模型、杆件承载力计算方法、杆端节点构造设计计算方法等；另一方面是研究杆件选型、塔头型式、塔腿型式、坡度、根

开以及塔身断面、塔身斜材、横隔面等的布置与优化方法。目前，铁塔一般按照理想铰接的整体空间桁架来设计。假设节点的约束为理想铰接，将整个塔架作为超静定空间体系，根据平衡条件和变形协调关系求解塔架的内力和变形，再根据强度和稳定性条件完成铁塔设计的选材工作。

4.我国输电线路杆塔结构的未来研究方向

当前，气候条件复杂多变，现行的杆塔结构的设计技术存在着不少不相适用的地方。电压等级的提高、新型输电技术的应用，使得杆塔结构复杂、高大的发展趋势愈加明显。在这种情况下，如何保证安全可靠、经济合理、具有更好的抵御自然灾害的能力，是当前杆塔结构研究的重点。

4.1设计理论体系

总体来看，我国输电线路铁塔结构设计理论较为传统，需要适应发展需求，形成完善的、更为先进的理论体系。常规的设计方法是以线弹性结构分析理论为基础的，如何将结构分析的非线性理论、桁架结构极限设计的理论和方法等现代结构分析方法应用到输电铁塔设计中，需要进一步深入研究。在加工误差、初位移、初应力对杆件承载力的影响等方面，还缺乏深入研究和明确结论。需要继续研究导线与杆塔、杆塔与基础的相互作用，并在此基础上，研究导线、杆塔以及基础的一体化设计方法。

4.2荷载取值

杆塔荷载的取值，目前偏重于与静力风荷载有关的几个关键参数的研究。对于动力风荷载的取值，还缺乏较为深入和系统的研究。对冰荷载的取值，由于线路地形复杂、幅员辽阔以及可供利用的气象资料较少，目前大多根据调查数据和工程经验来确定，尤其是微地形、微气象区域的冰荷载的取值，研究工作偏弱。对风、冰荷载组合以及与断线工况组合的取值，也需要加强研究。

4.3节点构造计算方法

我国输电铁塔与国外的相比偏重偏大，除设计理念、材料性能等方面的因素外，节点构造上的差异也是重要原因之一。目前，对新材料、新性能节点的研究还不充分，节点构造对杆件承载力的影响还需进一步的研究。

4.4 设计计算软件

目前行业内采用的设计计算软件较为陈旧，很少将近年来一些新的研究成果和成功经验纳入其中，在设计方法上存在明显漏洞，如风振动力荷载的考虑和计算。设计时根据杆塔主要结构参数大致确定风振系数，通过不断循环的静力分析对杆塔进行选材，但结构的动力特性并没有经过往复校验。”数字化电网”是未来输电线路设计、运行和维护的必然发展趋势。在研究、摸清线路机械力学系统在各种气象和地理条件下的动力学行为的基础上，需要研究开发输电线路一体化设计软件平台。

4.5新材料的应用研究