淺談鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計

李敬蘭

（河北峻威鐵塔有限公司，河北 衡水 053000）

【摘 要】在鐵塔的設(shè)計過程中，鐵塔設(shè)計水平的高低決定著鐵塔質(zhì)量的好壞，還影響著輸電線路的質(zhì)量和造價，因此如何對鐵塔進(jìn)行優(yōu)化成為現(xiàn)階段設(shè)計人員面臨的一個重要問題。本文章就對鐵塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行簡單的論述。

【關(guān)鍵詞】鐵塔結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計；原理

鐵塔的設(shè)計水平以及設(shè)計的質(zhì)量直接影響著輸電線路的投產(chǎn)后的質(zhì)量。因此如何在保障其安全可靠運行的基礎(chǔ)下，對鐵塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化成為目前鐵塔設(shè)計人員所面臨的重要問題之一。對于鐵塔的設(shè)計而言，需要遵循的原則有很多，確認(rèn)好優(yōu)化的原則對于鐵塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計而言，有著十分重要的意義，下面筆者就對鐵塔的優(yōu)化設(shè)計原則以及局部優(yōu)化的措施進(jìn)行論述。

一、鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計原則與目的

對于鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計而言，首先就需要滿足線路的電氣性要求，要結(jié)合荷載、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、變形強度等方面進(jìn)行綜合的計算。在進(jìn)行鐵塔的設(shè)計的時候需運用概率理論作為極限狀態(tài)的設(shè)計基礎(chǔ)。

鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化要遵循承載力極限狀態(tài)。在鐵塔的結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的設(shè)計和選擇過程中，要注重其強度、穩(wěn)定性和連接能力，要在承載力極限的要求下，通過荷載效應(yīng)的基本組合來進(jìn)行荷載設(shè)計。其次還需要滿足正常使用極限狀態(tài)，對于結(jié)構(gòu)和構(gòu)件而言，往往在長時間的使用過程中會出現(xiàn)裂縫或者變形，因此需要按照正常的使用極限狀態(tài)要求，運用標(biāo)準(zhǔn)的荷載組合規(guī)范來進(jìn)行設(shè)計。通常，在塔頭的尺寸設(shè)計上，一定要保障其能夠滿足電氣間隙，并足夠的緊湊，從而使得塔頭的受風(fēng)面積降低，以降低風(fēng)力荷載，在節(jié)約成本的同時，實現(xiàn)對鐵塔的安全性能保障。塔身的布置作為鐵塔的支撐部位，塔身一定要滿足鐵塔的整體建設(shè)強度和穩(wěn)定性需求，構(gòu)建之間的傳力要均勻和正確，傳力路線要清晰。塔根的部分，要根據(jù)最小塔重的原則來選取，通過結(jié)合基本作用力以及材料消耗，來選擇最為恰當(dāng)賀禮的方案。鐵塔的接腿處設(shè)計，要與基面治理和我國環(huán)境保護(hù)的要求相結(jié)合，保障接腿施工的方面和快捷。

對于鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化而言，其最主要的目的就是保障鐵塔的工作性能和承載念能力。其次優(yōu)化目的還包括鐵塔的正常維護(hù)下的使用壽命，除此之外，還包括構(gòu)建的布局、結(jié)構(gòu)形式、傳力的路線，要簡潔和清晰。部件與節(jié)點之間，要能夠充分的發(fā)揮出其承載的潛力。其次，才是通過優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)對鐵塔建設(shè)成本的降低。

二、鐵塔塔頭優(yōu)化

對于鐵塔的塔頭優(yōu)化而言，上文中筆者已經(jīng)提到過，對其優(yōu)化的首先就是要保障其能夠滿足電氣間隙要求。在優(yōu)化的過程中要將塔頭的受力特點相結(jié)合，盡可能的降低線路的走寬和鐵塔的自身重量。塔頭形式的設(shè)計上要注重簡潔、傳力和結(jié)構(gòu)的清晰。在實際設(shè)計過程中，要選擇多個參考方案進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，綜合考慮傳力、造型、重量等因素來選擇優(yōu)化。

三、塔身優(yōu)化

對于塔身的優(yōu)化而言，最重要的就是對塔身的坡度進(jìn)行優(yōu)化。在一定的荷載條件之下，塔身坡度的大小，將影響著鐵塔的重量增長趨勢。如果塔身坡度設(shè)計合理，不僅能夠降低鐵塔的鋼材指標(biāo)還能夠?qū)ζ浞€(wěn)定性和可靠性進(jìn)行保障，除此還能夠保障鐵塔的外觀協(xié)調(diào)。對于塔身的坡度優(yōu)化而言，其對鐵塔的整體重量有著十分重要的影響作用，還對鐵塔的建筑成本起到降低的作用。

對塔身坡度進(jìn)行優(yōu)化時，需要將整個鐵塔的質(zhì)量作為目標(biāo)求解值，綜合鐵塔的結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力能力以及基礎(chǔ)作用力等因素，選擇最佳的坡度。通常來說，其做法就是通過吸取塔身建設(shè)的經(jīng)驗，以成熟塔設(shè)計的單面坡度作為塔身坡度設(shè)置的參照值，通過在參照值的上下進(jìn)行浮動，從而獲取最佳坡度值。

四、鐵塔的桿部件布置優(yōu)化

首先來說桿件布置優(yōu)化需要在對鐵塔傳力提點的分析和計算的基礎(chǔ)上，通過運用科學(xué)的主材節(jié)間以及布置方法，將鐵塔的傳力路線進(jìn)行清晰化，通過主、次桿材的結(jié)合，匹配出強度最優(yōu)的組合形式，在通過綜合受力、美觀等因素，來進(jìn)行最后的布置。

需要注意的是鐵塔的桿件布置在設(shè)計的時候，一定要對鐵塔的傳力特點進(jìn)行詳細(xì)的計算，要通過參照成熟塔數(shù)據(jù)，來計算出經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、構(gòu)件承載力最優(yōu)的方案。其次，可以通過選擇K型的次材位置進(jìn)行調(diào)控，讓塔身交叉材的同時受壓最小化。第三、就是要對次材與水平夾角的大小進(jìn)行明確，通過直接決定次材的對外荷載抵抗力矩，或者是對主材節(jié)間分段進(jìn)行設(shè)計，在布局的過程中，一定要注意桿件的合理搭配和良好組合。

五、鐵塔的節(jié)點構(gòu)造優(yōu)化

對于鐵塔的優(yōu)化設(shè)計而言，鐵塔節(jié)點構(gòu)造設(shè)計是一項十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。因此設(shè)計的好壞直接影響著構(gòu)建承載力與實際承載需要能否匹配。因此對這個環(huán)節(jié)予以高度的重視，是保障鐵塔結(jié)構(gòu)的安全化發(fā)展的一項重要內(nèi)容。因此在此部分的優(yōu)化設(shè)計上一定要加強整體研究，還要注重對細(xì)節(jié)的處理。在節(jié)點的優(yōu)化過程中，需要遵循以下幾點原則：首先要避免連接桿夾角過于小。其次塔身的次材與主材連接上需要采用多心線法，盡可能的讓主材與次材直接連接。第三，要盡可能的降低桿件的偏心連接，這樣能夠降低偏心彎矩對桿件承載力帶來的影響。第四，對于不同的主次材連接上，可以通過蓋面次材端部的約束，來降低長細(xì)比的修正系數(shù)。第五，就是在設(shè)計上，要注重兩面的桿件不能對孔布置，降低斷面的風(fēng)險。

六、長短腿設(shè)計優(yōu)化

對于鐵塔長短腿設(shè)計而言，主要采用的是全方位的長短腿設(shè)計方法，通過靈活配置高低基礎(chǔ)來進(jìn)行使用。這種方式不僅能夠降低工程土方量還能夠從最大限度上降低塔基的環(huán)境破壞程度，實現(xiàn)對生態(tài)的保護(hù)。對于長短腿優(yōu)化而言，其具有較高的現(xiàn)實意義。在以往的工程實踐過程中，我們可以發(fā)現(xiàn)，長短腿差距較大的時候，鐵塔的重量也會響應(yīng)的增加，因此，在進(jìn)行工程設(shè)置的時候，一定要注重他為坡度的設(shè)計要滿足具體情況。在長短腿設(shè)置上保證起處于最小級差，從而實現(xiàn)對建筑材料的節(jié)省。除此之外還需要根據(jù)鐵塔的受力情況，進(jìn)行合理的公用腿設(shè)置和添加。

七、結(jié)語

在本文章的論述中，筆者針對鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化的原則和目的以及局部的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法進(jìn)行論述，通過論述我們可以了解到，在鐵塔結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，每一個環(huán)節(jié)都不是獨立的，其與其他部分都是息息相關(guān)的。因此設(shè)計人員在進(jìn)行鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的時候，需要充分的對鐵塔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的工作職能進(jìn)行了解，認(rèn)識這種優(yōu)化設(shè)計是一種動態(tài)的管理過程。要從全局的角度上出發(fā)，精確到鐵塔結(jié)構(gòu)的每一個細(xì)節(jié)之中去。在考量可靠性、安全型、經(jīng)濟(jì)型、周邊環(huán)境保護(hù)等多方面因素的影響之下，通過動態(tài)的調(diào)控手段，來對鐵塔項目進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，只有這樣才能保障鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化取得良好的成績。

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