高压输电线路铁塔结构设计

塔型选型的必要条件 : 1 电压等级 2 回路数 3 导、地线牌号 4 导线排列方式 5 基本呼称高及其规划使用的塔高 6 电气间隙圆 7 地线保护角 8 电气负荷
其中电气间隙圆的确定在于以下条件： 雷电过电压（风速 10 m / s） 操作过电压（1/2最大设计风速 ） 工频电压 （最大设计风速 ）
例： 试计算塔身如图所示主材内力。 解：先计算支座反力。 求出反力后，从包含二杆的结点开始，逐次截取各结点求出各杆的内力。 分离体为平面汇交力系。 一般用投影二个方程可求解
3） 灵活运用 （1）结点法、截面法可以联合使用； （2）零杆判断应充分利用，可以简化计算。 （3）利用对称性；
2 杆塔荷载 按性质分
经过调整，γR 统一取：3号钢、16Mn、16Mnq 钢，γR = 1.087 GB 50017—2003 在条文说明中改为Q235取γR = 1.087 , Q345取γR = 1.111
钢结构设计取钢材屈服强度作为强度极限。（GBJ17-88）规范规定，抗拉、压、弯强度设计值分别为 （fk/γR）
输电线路铁塔结构内力 计算分析完全基于经典力学 ，即《理论力学》、《结构 力学》、《材料力学》三门 力学的基础上来进行的。
因此，输电线路铁塔结 构，被看成由理想的铰接杆 件组成的空间塔架结构。
1 输电线路铁塔结构计算常用的力学概念知识 1） 理论力学——静力学公理
1、二力平衡公理：作用在刚体上的二力使刚体平衡的充要条件是：大小相等、方向相反 、作用在一条直线上
永久荷载：杆塔自重、导地线、金具、绝缘子自重及其它固定设备的重力。 可变荷载：风荷载、覆冰荷载、电线张力、施工及检修的临时荷载。 特殊荷载：断线所引起的荷载、地震所引起的荷载。 按作用方向分可将它们分解成作用于杆塔上的 横向荷载：风荷载、角度荷载。 纵向荷载：风荷载、张力荷载。 垂直荷载：重力荷载。
直线塔 (酒杯型塔)
北京8回500kV输电线路进顺义变
直线塔 (猫头型塔)
直线塔 (鼓型塔)
直线塔 (干字型塔)
直线塔(门型塔)
直线塔(门型塔)
直线塔(拉V型塔)
直线塔 (紧凑型塔)
转角塔
终端塔
塔型设计的步骤：
——确认或选择气象条件，导、地线牌号； ——依据给出的塔型规划或根据电压等级及路径条件规划塔型； ——绝缘配合； ——绘制电气间隙圆、提出负荷条件； ——根据电气间隙圆规划设计塔头； ——根据塔型规划完成整塔选型单线图（包含各种呼称高）； ——进行负荷组合； ——按铁塔计算软件要求输入计算塔型的所有参数； ——依据塔型计算结果绘制司令图； ——依据司令图完成结构图。
这里有一个绝缘配合设计的基本概念问题
1 杆塔上的绝缘配合设计：就是按正常运行电压（工频电压 ）、内过电压（操作过电压）、 及外过电压（雷电过电压）确定绝缘子型式及片数以及在相应的风速条件下导线对杆塔的空 气间隙距离。
称为分析静力学。
•
几何静力学可以用解析法，即通过平衡条件式用代数的方法求解未知约束反作用力；也可以用图解法，
即以力的多边形原理，用几何作图的方法来研究静力学问题。
2） 结构力学 截面法 节点法
3） 材料力学
轴心受力构件 压杆 轴向压力 / (稳定系数×面积) ≦ 强度设计值
拉杆 轴向拉力 / 净面积
二力作用线间的距离，即力臂。
•
静力学只研究最简单的运动状态——平衡。
•
静力学的全部内容是以几条公理为基础推理出来的。这些公理是人类在长期的生产实践中积累起来的
关于力的知识的总结，它反映了作用在刚体上的力的最简单最基本的属性，这些公理的正确性是可以通过
实验来验证的。
•
静力学的研究方法有两种：一种是几何的方法，称为几何静力学或称初等静力学；另一种是分析方法，
高压输电线路铁塔结构设计
杆塔型式及分类 架空输电线路使用的铁塔，按使用功能可分为直线塔、转角塔、终
端塔及换位、分歧等特种塔。 ——直线塔是将导线提离地面的塔，又可分为自立塔和拉线塔两种基本型
式。自立塔常用的有酒杯型、猫头型、鼓型、干字型等，拉线塔过去常 用的则有拉八、拉V、拉门、拉猫型塔。 ——转角塔是付与导线以张力的塔，大部是干字型、鼓型塔。 ——终端塔 ——换位、分歧等特种塔。
结构或构件的承载力极限状态设计表达式：
γ。(γG·CG·GK +ψ·∑γQi·CQi·QiK ) ≤ R
式中：γ。---- 结构重要性系数 γG ---- 永久荷载分项系数 （对结构受力有利取 1.0 不利取 1.2 ) CG ---- 永久荷载的荷载效应系数 GK ---- 永久荷载标准值 ψ ---- 可变荷载组合系数 (正常运行情况 取 1.0 220断线及各级电压的安装 取 0.9 各级电压的验算和110断线 取 0.75 ） γQi ---- 可变荷载分项系数 取 1.4 CQi ----可变荷载的荷载效应系数 QiK ---- 可变荷载标准值 R ---- 结构构件的抗力设计值
位移原理，用严格的分析方法叙述了整个力学理论。虚位移原理早在1717年已由伯努利指出，而应用这个原
理解决力学问题的方法的进一步发展和对它的数学研究却是拉格朗日的功绩。
我国古代科学家对静力学有着重大的贡献．春秋战国时期伟大的哲学家墨子（墨翟）在他的代表作《墨
经》中，对杠杆、轮轴和斜面作了分析，并明确指出“衡……长重者下，短轻者上”，提出了杠杆的平衡原
其中：CG 、 CQi荷载效应系数，在GBJ 9-87《建筑结构荷载规范》荷载效应组合的设计值 公式中注①中的解释：荷载效应系数为结构或构件中的效应（如内力、应力等）与产生 该效应荷载的比值。
内力 CG·GK 即 -------- ·荷载
荷载
故：1992年全国钢结构标委会和钢规标准管理组主持编写的GBJ17-88 《钢结构设计规范》 全国学习研讨班系统讲义,将设计表达式表述为： n
γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik) ≤ R 不再重复传统的表达方式.
故
γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik) ≤ Rk/γR
写成表达式： γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik) ≤ak·f
我们常用的直观的表达：σ=[γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik)]/ ak ≤ f
γ。(γG·SGk +γQ1·SQ1k +∑ψγQi·SQik)≤Rk/γR i=2
永久荷载项中 CG·Gk 即 效应系数·标准值 用SGk永久荷载效应值（即内力 ）表示
可变荷载项中 CQi·Qik 即 效应系数·标准值 用SQik可变荷载效应值（即内力 ）表示
荷载效应值 即 结构构件的内力
即用SGk、SQik表示内力
体的重量成反比，则此二物体必处于平衡状态。阿基米德是第一个使用严密推理来求出平行四边形、三角形
和梯形物体的重心位置的人。
著名的意大利艺术家、物理学家和工程师达·芬奇是文艺复兴时期首先跳出中世纪烦琐科学的人，他认为
实验和运用数学解决力学问题有巨大意义。他应用力矩法解释了滑轮的工作原理；应用虚位移原理的概念来
的内力。 （3）结点分离体中，未知轴力设为拉力（正），结果为负时表示与所设方向相反。
已知力一般按实际方向画，标注其数值的绝对值，则平衡方程建立时看图确定其 正负。 零杆的判断： 三角构造内的辅助性杆件都是零杆。（如图所示）
2） 截面法 用截面切断拟求构件，取交叉斜材的交叉点为力矩中心，所有外力对这个中心取矩 建立平衡方程中只有一对大小相同方向相反的未知力。
•
静力学是从公元前三世纪开始发展，到公元16世纪伽利略奠定动力学基础为止。人们在使用简单的工具和
机械的基础上，逐渐总结出力学的概念和公理。例如，从滑轮和杠杆得出力矩的概念；从斜面得出力的平学的奠基者。在他的关于平面图形的平衡和重心的著作中，创立了
杠杆理论，并且奠定了静力学的主要原理。阿基米德得出的杠杆平衡条件是：若杠杆两臂的长度同其上的物
≦ 强度设计值
塔架的计算 塔架特点：由直杆用铰链联接而成，在结点荷载作用下，各杆只有轴力。
1） 结点法 取结点为分离体――平面汇交力系
求解方法： （1）求解支座反力，零杆判断； 因几何组成的不同而不一定是必须的，零杆判定后，可以大大简化求解。 （2）再选取只含二个未知力的结点。顺次取二个未知力的结点分离体可求解每个杆
分析起重机构中的滑轮和杠杆系统。
对物体在斜面上的力学问题的研究，最有功绩的是斯蒂文，他得出并论证了力的平行四边形法则。静力
学一直到伐里农提出了著名的伐里农定理后才完备起来。他和潘索多边形原理是图解静力学的基础。
分析静力学是意大利数学家、力学家J．L．拉格朗日提出来的，他在大型著作《分析力学》中，根据虚
理。
静力学的基本物理量有三个：力、力偶、力矩。
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静力学的基本物理量有三个：力、力偶、力矩。力的概念是静力学的基本概念之一。经验证明，力对
已知物体的作用效果决定于：力的大小(即力的强度)；力的方向；力的作用点。通常称它们为力的三要素。
力的三要素可以用一个有向的线段即矢量表示。
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凡大小相等方向相反且作用线不在一直线上的两个力称为力偶，它是一个自由矢量，其大小为力乘以
传统上采用应力形式表达和计算，可将 n
γ。(γG·SGk +γQ1·SQ1k +∑ψγQi·SQik)≤Rk/γR i=2
进行改写
式中右边的抗力标准值Rk = ak·fk
这里的 ak 为截面几何参数标准值 fk 为材料强度标准值
则有：Rk/γR = ak·fk/γR
因为：抗拉、压、弯强度设计值为 fk/γR = f
由
γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik) ≤ R
γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik) ≤ Rk/γR
可写成表达式： γ。(γG·SGk +ψ∑γQi·SQik) ≤ak·f