輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

白昀

摘要：近年由于我國大范圍的建設(shè)輸電電網(wǎng)，所以對(duì)架設(shè)電網(wǎng)鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)也在不斷成熟完善。鐵塔主要是由塔頭、塔身以及塔腿所構(gòu)成，塔腿對(duì)于整個(gè)鐵塔的穩(wěn)定性有著很重要的意義，塔腿一般是由鋼筋混凝土所澆筑。鐵塔根據(jù)不同的需求有著不一樣的形態(tài)以及不一樣的作用，而且在不同地區(qū)有著不同的運(yùn)用。鐵塔的設(shè)計(jì)要綜合構(gòu)件的強(qiáng)度、穩(wěn)定強(qiáng)度以及設(shè)計(jì)要求，對(duì)于鐵塔的建設(shè)要在保證安全穩(wěn)定的前提下，盡量節(jié)約建設(shè)費(fèi)用并降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。

關(guān)鍵詞：輸電線路；大跨越；鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

輸電線路鐵塔是一種立體造型的構(gòu)筑物，一般用于架空高壓或超高壓送電線路導(dǎo)線和避雷線中。根據(jù)線路回路、電壓強(qiáng)度等不同因素的影響，能夠?qū)㈣F塔分成不同的類型。輸電線路鐵塔的建設(shè)在電力工程中是非常重要的部分，對(duì)輸電線路的穩(wěn)定性、安全性有直接的影響。所以在設(shè)計(jì)的過程中，要重視鐵塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，同時(shí)還要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)氣候、地形等進(jìn)行分析，還要考慮電壓等級(jí)、結(jié)構(gòu)形式等。

1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大跨越鐵塔一般在相對(duì)空曠的地區(qū)，其風(fēng)壓也往往較大（尤其在沿江、沿海），加上地形地貌的影響以及結(jié)構(gòu)高度較大，使得基本風(fēng)貢獻(xiàn)的風(fēng)荷載占總荷載的70%左右，故大跨越鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先考慮盡量減小風(fēng)荷載效應(yīng)。圓鋼管構(gòu)件體型系數(shù)為0.6～0.8，約為型鋼構(gòu)件的一半。圓鋼管結(jié)構(gòu)鐵塔在20世紀(jì)70年代被較早應(yīng)用于較高的電視塔上，如205m高的上海青海路電視塔、廣州越秀山電視塔和北京樂壇電視塔等。這些電視塔為四到六邊形斷面，弦桿采用鋼管構(gòu)件，腹桿采用柔性拉條（鋼絞線等），結(jié)構(gòu)通透性良好、受力簡(jiǎn)潔明了、風(fēng)荷載效應(yīng)較小，從而使得耗鋼量和基礎(chǔ)量均大幅降低。

隨后，參照電視塔建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，自20世紀(jì)70年代末建設(shè)的220kV南熱線燕子磯大跨越鐵塔走出了以往常用的鋼筋混凝土煙囪塔筒單一結(jié)構(gòu)模式，逐步拉開了輸電線路鋼管塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和應(yīng)用。并隨著長(zhǎng)江三峽電力外送和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)多回路輸電線路高塔的建設(shè)使得鋼管塔逐步得以推廣。2008年開始的特高壓雙回路交流示范工程（皖電東送）的建設(shè)，使輸電線路鋼管塔達(dá)到了建設(shè)高潮。

2輸電線路大跨越鐵塔設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

2.1暴雪危害

大量電網(wǎng)受到暴雪影響，大量變電站被迫停運(yùn)，大量的積雪使得鐵塔壓力增大，甚至出現(xiàn)倒塌的情況。另外，當(dāng)積雪落在電線上后，積溫會(huì)導(dǎo)致電線上結(jié)冰，嚴(yán)重威脅了大跨越鐵塔的正常運(yùn)行，對(duì)輸電線路的穩(wěn)定性也有一定的限制，影響了居民的正常用電。因此，在一些氣候比較極端的地區(qū)，在建造大跨越鐵塔時(shí)要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，包括氣候、地理等，并不是所有的地區(qū)都適用大跨越鐵塔。

2.2地震的危害

在輸電線路方面，維修比較方便，但是在通信塔和鐵塔的維修上就較為麻煩，需要投入大量的人力物力，同時(shí)還要花費(fèi)一定的時(shí)間，嚴(yán)重影響到人們的正常生活用電。因此必須要對(duì)鐵塔進(jìn)行改良，增強(qiáng)鐵塔的抗震能力，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)。雖然鐵塔的強(qiáng)度較高，但是對(duì)地震類的自然災(zāi)害抗性較差，因此要通過合理的改造，利用物理學(xué)來達(dá)到減震的目的。

2.3環(huán)境腐蝕的危害

鐵在自然環(huán)境中易受到氧化及腐蝕，同時(shí)局部地區(qū)還可能會(huì)出現(xiàn)酸雨情況等，所以鐵塔的質(zhì)量安全性難以得到保障。南方地區(qū)富含水源，空氣相對(duì)較濕潤，這樣的氣候更加使得鐵塔容易銹蝕。野外土壤的酸堿度也對(duì)鐵塔的銹蝕有很大的影響，所以在修建鐵塔的時(shí)候要上漆來避免鐵塔銹蝕。

3輸電線路大跨越鐵塔的主要技術(shù)

3.1曲臂傳遞縱向荷載

曲臂鐵塔不僅可以提高鐵塔的美化程度，同時(shí)也增加了鐵塔的實(shí)用性。通過曲臂結(jié)構(gòu)的鐵塔，能夠很好地平衡縱向荷載，將其傳遞到臂內(nèi)外側(cè)斜材，但是這種方法需要考慮的層面較多。因此設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)的過程中，要考慮到各個(gè)零部件的作用，對(duì)于不能安裝桿件的區(qū)域，一定要嚴(yán)格控制。同時(shí)在力的傳導(dǎo)方向上，還要通過適當(dāng)?shù)母芗肀ＷC縱向荷載的正確轉(zhuǎn)移。在布置桿系時(shí)要保證其合理性，根據(jù)縱向荷載的方向進(jìn)行調(diào)整。

3.2大坡度塔身

利用大坡度塔可以減少材料耗量，但是也可對(duì)塔身造成不小程度的傾斜。大坡度塔身雖然有很好的應(yīng)用，但是由于斜材的過度彎曲會(huì)影響整個(gè)鐵塔的安全性能，所以需要對(duì)斜材進(jìn)行處理。例如增加支撐材料或者在關(guān)鍵部分添加斜墊，同時(shí)也可使用雙排螺栓來穩(wěn)固主材。用鋼管塔做大坡度塔身雖然造價(jià)較高，但是非常符合力學(xué)原理，有非常高的可行性。

3.3合理設(shè)計(jì)塔頭鉸結(jié)點(diǎn)的位置

鐵塔的鉸結(jié)點(diǎn)也就是桿系結(jié)點(diǎn)，當(dāng)桿系結(jié)點(diǎn)變?yōu)閯傂怨?jié)點(diǎn)后，雖然不會(huì)對(duì)鐵塔的正常工作造成影響，會(huì)浪費(fèi)掉一部分的原材料。我國的鐵塔結(jié)構(gòu)分析可以得出，大部分鐵塔在中間鉸位置都會(huì)添加平連桿，但是在一些發(fā)達(dá)國家中并沒有采取這種做法。在此方面，可以利用三鉸拱的方式解決，這樣不會(huì)對(duì)鐵塔的穩(wěn)定性造成影響。因此在鐵塔設(shè)計(jì)的過程中，要保證計(jì)算圖和加工圖的一致性，這樣才能保證鐵塔的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高鐵塔的安全性。

3.4塔身橫隔面的布置

對(duì)于在變坡處，集中荷載受力處等必須設(shè)置受力橫隔面。橫隔面的形式通過以往工程的經(jīng)驗(yàn)積累和不斷優(yōu)化，許多已經(jīng)成為了典型隔面形式。選用合適的形式，優(yōu)化布置鐵塔身部的橫隔面，對(duì)于向下傳遞由結(jié)構(gòu)上部外荷產(chǎn)生的扭力、減小塔重、均勻塔身構(gòu)件內(nèi)力、減小塔身扭轉(zhuǎn)效應(yīng)具有一定的作用。在實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，需要處理好的關(guān)鍵所在是橫隔面的上、下間距的優(yōu)化布置。

綜上，輸電線路超高度大跨越鐵塔的結(jié)構(gòu)形式綜合考慮荷載、設(shè)計(jì)、材料、加工和施工等諸多方面的因素，應(yīng)首先考慮采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、受力清晰、加工方便、組裝便捷的鋼管塔結(jié)構(gòu)。今后輸電線路大跨越鐵塔也會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)，因此必須要不斷對(duì)鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，開展深入研究，才能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)，保證大跨越輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行。