轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載計(jì)算

王子龍，金樹(shù)，曹丹京，姜宏璽

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，?jì)南市，250013)

0 引言

風(fēng)對(duì)導(dǎo)(地)線的作用主要有垂直方向荷載和平行方向荷載，導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載計(jì)算方法均是以垂直于導(dǎo)(地)線的風(fēng)向產(chǎn)生的風(fēng)荷載為基準(zhǔn)［1-8］。輸電線路轉(zhuǎn)角塔的轉(zhuǎn)角度數(shù)為0°～90°，當(dāng)風(fēng)向不變而轉(zhuǎn)角度數(shù)變化時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生不同的導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載。另外，由于轉(zhuǎn)角塔前、后側(cè)導(dǎo)(地)線與風(fēng)向的夾角不相同，風(fēng)荷載對(duì)前、后側(cè)導(dǎo)(地)線的大小和方向也不盡相同。目前，還沒(méi)有針對(duì)轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載計(jì)算的完整計(jì)算公式，本文推導(dǎo)了轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載的計(jì)算公式，并給出了該公式的工程應(yīng)用實(shí)例。

1 導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載計(jì)算

導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載如圖1所示，圖中:P為垂直于導(dǎo)(地)線的風(fēng)向所產(chǎn)生的風(fēng)荷載;Pσ為垂直于導(dǎo)(地)線的風(fēng)荷載;Pτ為平行于導(dǎo)(地)線的風(fēng)荷載;θ為導(dǎo)(地)線與風(fēng)向的夾角。

圖1 導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載Fig.1 Wind loads for conductor and earth wire

根據(jù)相關(guān)規(guī)范［1-5］的規(guī)定，Pσ的計(jì)算公式為

GB 50135—2006《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》［3］、IEC －60826 規(guī)范［4］和 ASCE 規(guī)范［5］均認(rèn)為平行于導(dǎo)(地)線方向的風(fēng)荷載影響較小，可忽略不計(jì)。DL/T 5154－2002《架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》［1］中指出:當(dāng) θ為0°、45°時(shí)，對(duì)應(yīng)的 Pτ分別為 Pτ0=0.25 P、Pτ45=0.15P。該規(guī)定關(guān)于 Pτ的計(jì)算是為了增強(qiáng)直線塔的縱向剛度，屬于人為增強(qiáng)的荷載，對(duì)于轉(zhuǎn)角塔的Pτ，本文建議與直線塔的取值相協(xié)調(diào)。當(dāng)0°≤θ≤45°時(shí)，Pτ可以通過(guò)線性插值的方法計(jì)算得到;當(dāng)45°＜θ時(shí)，Pτ=0。則 Pτ的計(jì)算公式為

2 轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載計(jì)算

轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線所受風(fēng)荷載如圖2所示，圖中:β為風(fēng)向角，0°≤α ＜360°;α 為導(dǎo)(地)線張力方向角，0°≤β＜360°;γ為風(fēng)荷載方向角。θ與α、β的關(guān)系可表示為

圖2 轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載Fig.2 Wind load for conductor and earth wire of angel tower

2.1 垂直于導(dǎo)(地)線方向的風(fēng)荷載

垂直于導(dǎo)(地)線方向風(fēng)荷載Pσ按式(1)計(jì)算，其方向角γ為

2.2 平行于導(dǎo)(地)線方向的風(fēng)荷載

平行于導(dǎo)(地)線方向的風(fēng)荷載Pτ按式(2)計(jì)算，其作用方向分為與導(dǎo)(地)線張力方向相同和相反，因此引入平行于導(dǎo)(地)線方向的風(fēng)荷載方向系數(shù)η來(lái)考慮風(fēng)荷載的方向，與導(dǎo)(地)線張力方向相同時(shí)取1，相反時(shí)?。?，即

Pτ沿x和y方向的風(fēng)荷載為

2.3 導(dǎo)(地)線沿x、y方向的風(fēng)荷載

導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載沿x、y方向的作用Px和Py為Pσ、Pτ在 x和y方向分量之和，即

3 算例分析

對(duì)于輸電塔而言，導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載產(chǎn)生的主材內(nèi)力與前、后側(cè)導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載沿x、y方向分量之和成正比。因此，對(duì)于同一轉(zhuǎn)角度數(shù)，風(fēng)向變化時(shí)，前、后側(cè)導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載沿x、y方向分量之和也隨之變化，當(dāng)前、后側(cè)導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載沿x、y方向分量之和取最大值時(shí)，此風(fēng)向角為導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載使鐵塔主材受力最大的風(fēng)向角［9-11］。本文計(jì)算了轉(zhuǎn)角度數(shù)為0°～90°，在不同風(fēng)向角作用下的前、后側(cè)導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載沿x、y方向分量之和，結(jié)果如表1和圖3所示。

表1 轉(zhuǎn)角塔導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載計(jì)算結(jié)果Tab.1 Computational results of wind loads for conductor and earth wire

由表1和圖3可知:轉(zhuǎn)角度數(shù)為0°～30°、風(fēng)向角為90°時(shí)，產(chǎn)生的導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載使鐵塔主材內(nèi)力最大;轉(zhuǎn)角度數(shù)為40°～70°、風(fēng)向角為 60°時(shí)，產(chǎn)生的導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載使鐵塔主材內(nèi)力最大;轉(zhuǎn)角度數(shù)為70°～90°、風(fēng)向角為45°時(shí)，產(chǎn)生的導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載使鐵塔主材內(nèi)力最大。

圖3 風(fēng)荷載與轉(zhuǎn)角度數(shù)對(duì)應(yīng)曲線Fig.3 The relationship between wind loads and line angels

4 結(jié)論

(1)導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載的計(jì)算均是以垂直于導(dǎo)(地)線的風(fēng)向產(chǎn)生的風(fēng)荷載為基準(zhǔn)，根據(jù)導(dǎo)(地)線與風(fēng)向的夾角得出垂直于導(dǎo)(地)線的風(fēng)荷載。

(2)對(duì)于不同轉(zhuǎn)角度數(shù)的轉(zhuǎn)角塔，導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載使主材內(nèi)力最大的風(fēng)向角也有所不同。轉(zhuǎn)角度數(shù)由0°到90°變化時(shí)，使主材內(nèi)力最大的風(fēng)向角由90°向45°變化。另外，本文僅考慮了導(dǎo)(地)線風(fēng)荷載的影響，計(jì)算使轉(zhuǎn)角塔主材內(nèi)力最大的風(fēng)向角時(shí)，還應(yīng)綜合考慮塔身風(fēng)荷載和導(dǎo)(地)線張力的影響。

［1］DL/T 5154—2002架空送電線路桿塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)電力出版社，2002.

［2］GB 50545—2010110 kV～750 kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

［3］GB 50135—2006高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.

［4］IEC—60826 Design criteria of overhead transmission lines［S］.

［5］ ASCE 74 Guidelines for electrical transmission line structural loading(Third)［S］.

［6］林鳳羽.輸電線路的風(fēng)荷載［J］.中國(guó)電力，1995，28(1):54-56.

［7］埃米爾.風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用:風(fēng)工程導(dǎo)論［M］.2版.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，1992:322-324.

［8］黃本才.結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析原理及應(yīng)用［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2001:18-25.

［9］東北電力設(shè)計(jì)院.電力工程高壓送電線路設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2002:318-363.

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［11］王子龍，曹丹京.輸電塔的埃菲爾效應(yīng)計(jì)算［J］.電力建設(shè)，2011，32(2):43-46.