淺議輸電線路鐵塔基礎抗震設計

彭軍

（貴州送變電工程公司 貴州省貴陽市 550002）

淺議輸電線路鐵塔基礎抗震設計

彭軍

（貴州送變電工程公司 貴州省貴陽市 550002）

本文首先對輸電線路鐵塔地震災害產(chǎn)生的原因進行了總結，然后從鐵塔基礎抗震設計的驗算范圍，計算方法等方面對其設計方法展開了具體分析。

輸電線路；鐵塔基礎；抗震設計

我國分布著世界兩大地震帶——環(huán)太平洋地震帶和喜瑪拉雅—地中海地震帶，地震災害頻發(fā)，會給電力設施帶來不同程度的破壞，嚴重影響正常供電，給電力事業(yè)的發(fā)展造成了不利影響。因此，在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的時代背景下，國家對基礎設施抗震能力的要求不斷提高，輸電線路鐵塔作為電力設施的重要組成部分，選擇科學的抗震設計方法，對其結構進行優(yōu)化，增強抗震能力，對于促進電力事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1 輸電線路鐵塔地震災害的產(chǎn)生原因

1.1 地震強度過大

如果地震的強度超過了輸電線路鐵塔的抗震強度，就會導致地震災害。對于處于地震斷裂帶周圍的輸電線路鐵塔而言，一旦出現(xiàn)強度較大的地震，超過了設計的承受能力，就會因為滑坡和斷層錯動等因素，導致鐵塔基礎遭到嚴重破壞。以2008年汶川8.0級大地震為例，斷層地表使很多輸電線路的鐵塔基礎發(fā)生了嚴重破壞。

通常，公共基礎設施的抗震強度是根據(jù)國家目前的科技水平以及經(jīng)濟能力決定的。隨著人們對地震研究的不斷深入，抗震強度也會作出相應調(diào)整。綜合考慮多方面因素，對抗震水平進行規(guī)定，設置的標準不宜過高。在輸電線路鐵塔基礎的設計階段，應遠離斷裂帶。

1.2 場地因素

導致輸電線路鐵塔基礎破壞的另一個重要原因，是地震產(chǎn)生的一系列次生災害，例如山體滑坡、裂縫啊、垮塌、山體移位等。這些次生災害會對輸電線路的路徑和鐵塔場地產(chǎn)生決定的影響。有相關的研究顯示，如果輸電線路鐵塔位于抗震的優(yōu)勢地段，即使遭受較強的地震，也不會產(chǎn)生嚴重的破壞。

1.3 地基液化

除了上述原因之外，沒有對地基的液化進行準確判斷，或者是沒有及時采取有效的措施對已經(jīng)液化的地基進行處理，也是導致輸電線路鐵塔基礎失效的重要影響因素，以致發(fā)生桿塔傾斜和坍塌等事故。

2 輸電線路鐵塔基地的抗震設計

2.1 驗算抗震設計的具體范圍

（1）混凝土結構桿塔。目前，我國的輸電線路桿塔的混凝土結構主要有兩種類型，即預應力混凝土電桿和混凝土高塔。很多設計者側重于對后者的抗震設計，但是卻忽略了前者，幾乎未采取任何抗震措施?；炷两Y構的抗震能力較低，在地震中遭遇的破壞普遍。通過分析其結構發(fā)現(xiàn)，在抗震強度≥Ⅷ度的地區(qū)，可以采取控制地震荷載組合結構的方式，來對預應力混凝土電感進行抗震設計。近幾年來，這種結構主要應用于北方地區(qū)≤220kV以及其他地區(qū)≤35kV的輸電線路。基于全壽命周期成本理論，混凝土電桿破壞后，恢復所需的費用較低，但是在重要線路中，會造成較大的斷電損失和社會影響。所以，對抗震強度≥Ⅷ度地區(qū)中比較重要的輸電線路和鐵塔基礎進行抗震設計時，應先進行抗震驗算。

（2）自力式鐵塔。輸電線路鐵塔的抗震性較高。通過分析不同地震強度下鐵塔的反應可知，防震強度為Ⅶ度的任何場地，以及強度為Ⅷ度的Ⅰ～Ⅲ類場地，鐵塔在地震作用下產(chǎn)生的效應通常低于風荷載的作用效應；而對于防震強度為Ⅷ度的Ⅳ類場地和強度為Ⅸ度的所有場地，鐵塔中大部分結構的地震作用效應也會低于風荷載效應，但是鐵塔的腿部、身部傾斜等負責承擔抗扭轉作用的主要構件，地震產(chǎn)生的效應則會高于風荷載效應。鐵塔結構對地震的反應較大，通過分析其動態(tài)特性發(fā)現(xiàn)，以扭轉為主的陣型的早期塔型，其抗扭結構的地震反應會大于晚期塔型。

2.2 抗震的計算方法

（1）靜力理論計算。基于這種理論的抗震計算會將建筑物的通力特點產(chǎn)生的影響排除在外，對其絕對剛性進行假設，地震發(fā)生時，建筑物和地面的運動完全相同，構建物加加速與地面運動加速度的最大值一致，那么構建物承受的最大地震荷載計算公式為：N=m·v。其中m表示構建物的質量，而v則表示地面最大加速度。這種計算方法的最大特點就是簡便，而且根據(jù)這一理論設計的大多數(shù)建筑物都具有較好的抗震性能，經(jīng)受住了地震的考驗，所以在極個別國家中的抗震設計規(guī)范中仍然使用。但是這種計算方法具有較大的局限性，就是完全忽略了結構本身動力特點對抗震荷載力的影響，是一種理想化的計算方法，適用范圍有限，只有結構的固有周期遠遠低于地面運動的周期性時，其結構才不會在地震中發(fā)生形變。從這一點來看，靜力理論計算方法大多用較矮和剛性較大的建筑物中。

（2）反應譜法計算。這種計算方法又可以叫做動力法，其主要理論時，將單質點體系在世紀地震作用下產(chǎn)生的反應作為依據(jù)，對結構的反應進行分析。這種方法對地震過程中的地面運動特點和建筑物自身的動力特性，是當前應用最廣泛的抗震設計方法。

（3）時程分析法計算。雖然反應譜法在抗震設計中的應用比較普遍，但是在對多質點體系進行分析時，反應譜只能計算出各個結構振型反應的最大值，卻無法計算出最大值和振型組合相關的重要數(shù)據(jù)，所以無法為不同振型最大值的優(yōu)化組合提供可靠依據(jù)。隨著我國科學技術的迅速發(fā)展，計算機的普及，我們可以將實際地震產(chǎn)生的加速度時程記錄下來，然后輸入到結構計算模型，這種直接對結構地震反應的方法就被稱之為直接動力法，也就是時程分析法。該計算方法的最大特點就是能夠直接獲取地震過程中結構節(jié)點不同時刻的位移、速度和加速度，計算出其對應的地震內(nèi)力。

3 結束語

綜合上述分析可知，地震強度過大、場地因素和地基液化是導致輸電線路鐵塔地震災害發(fā)生的主要原因，為了提高其抗震性能，可以結合實際情況，綜合采用靜力理論、反應譜法和時程分析法。

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TM753

A

1004-7344（2016）32-0138-01

2016-10-18

彭軍（1984-），男，漢族，工程師，大學本科，主要從事輸變電工程勘察設計工作。