架空輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)設(shè)計分析

管劍

上海國孚電力設(shè)計工程股份有限公司 山東濟(jì)南 250014

目前，架空輸電線路一直都在電力供應(yīng)系統(tǒng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。從中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的情況來看，企業(yè)正對電力供應(yīng)方面提出更高的要求。在針對架空輸電線路進(jìn)行設(shè)計的過程中，一方面要能夠保證整個鐵塔的安全和穩(wěn)定，另外一方面還需要保證鐵塔投入過程中產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益。但是目前這國架空輸電線路在設(shè)計的過程中還存在著諸多問題，進(jìn)而也會導(dǎo)致各種類型事故的發(fā)生。因此尤其需要結(jié)合目前架空輸電線路建設(shè)的實際情況找出目前輸電線路設(shè)計中的不合理之處，以便能夠更好地提高整個架空輸電線路的安全性和穩(wěn)定性。

1 輸電線路鐵塔的基本結(jié)構(gòu)

整個輸電線路鐵塔主要是由塔頭、塔身和塔腿三個重要部分組成的。而包括轉(zhuǎn)角塔、換位塔、終端塔和跨越塔和其他類型的塔都會因為功能的不同而在外部呈現(xiàn)不同類型的形狀。從整個結(jié)構(gòu)來看，整個輸電線路的塔架都是由平面結(jié)構(gòu)組成的。這些不同類型的平面桁架都會更好地組合在一起，最終形成一個更為合理的塔架。在設(shè)計輸電線路塔架的過程中，尤其需要在塔架的橫截面處設(shè)置橫隔，一般情況下需保證橫膈的面積是塔身平均寬度的2.5倍左右。

2 輸電線路鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計關(guān)鍵環(huán)節(jié)

2.1 塔頭鉸接點設(shè)置

鉸接點一直在架空輸電線路上占據(jù)著非常重要的地位。最近幾年，都會通過在三鉸拱塔頭的中間加入平連桿來更好地提高輸電線路鐵塔的建設(shè)質(zhì)量。但是從國外調(diào)查的過程來看，國外的輸電線路的三鉸拱塔頭的中間卻沒有因此加入平連桿。以國內(nèi)外工程經(jīng)驗表明，兩種布置方式都可以提供具備穩(wěn)定性的鐵塔結(jié)構(gòu)[1]。

2.2 桁架的桿系布置

在鐵塔結(jié)構(gòu)布置前，首先需根據(jù)工程需要按沿線地區(qū)的水文氣象、地質(zhì)情況和工程導(dǎo)線型號等設(shè)計條件來選擇正確的鐵塔型式。近些年來，鐵塔又設(shè)計出高低腿結(jié)構(gòu)用以更好地適應(yīng)山區(qū)等塔基地形。選定鐵塔型式后需根據(jù)具體塔型布置出合理的結(jié)構(gòu)，主要可以采用以下幾點措施：第一，可以將拉線桿塔和鋼筋混凝土桿塔配置在較為平緩的地區(qū)；第二，可以將鋼管桿塔配置在城市或者郊區(qū)；第三，將窄基桿塔設(shè)置在走廊擁擠、路徑狹窄的地帶。另外，為了讓桿系布置的過程變得更加合理，一方面要考慮到桿系合理的節(jié)點構(gòu)造，另外一方面也需要考慮到桿塔本身的結(jié)構(gòu)。

3 評定輸電線路鐵塔的主要方法

3.1 有效評定拉彎構(gòu)件強度

在評定過程中，尤其需要按照相關(guān)的規(guī)范和要求來計算拉彎構(gòu)件的強度。確保鐵塔桿件可以滿足有關(guān)規(guī)程規(guī)范中的強度要求。

3.2 壓彎構(gòu)件的局部穩(wěn)定性

很多輸電線路的鐵架在桁架體系內(nèi)部分桿件受壓后，多半會因為軸向壓力和彎矩的共同作用而變得非常不穩(wěn)定，從而造成桿件失穩(wěn)。如果在過程中桿件平面外失穩(wěn)的情況一旦出現(xiàn)，那么勢必會在之后對整體輸電線路鐵塔的穩(wěn)定性造成很大的影響[2]。

3.3 保證計算構(gòu)件的剛度

尤其需要來限制構(gòu)件長短比例來更好地計算構(gòu)件的剛度。在計算的過程中，尤其需要讓長細(xì)比小于長細(xì)比限值，這個要求主要是要求鐵塔剛度的。在鐵塔受力計算過程中，所有長細(xì)比都要更好地符合相關(guān)規(guī)范的要求。

4 優(yōu)化架空輸電線路基礎(chǔ)與鐵塔的基本措施

4.1 調(diào)查沿線的地質(zhì)和水文條件

在進(jìn)行架空輸電線路設(shè)計的過程中，尤其需要有效地對最近30-50年的平均最差和最惡劣的氣溫和氣候環(huán)境進(jìn)行驗算，并通過分析沿線架空輸電線路情況、通信光纜運行經(jīng)驗和自然災(zāi)害等資料來更好地獲得有關(guān)氣象條件和氣象結(jié)果。最終，也需要通過對有關(guān)的地質(zhì)資料進(jìn)行全面的分析，合理的確定計算氣象條件等參數(shù)才能夠更好地進(jìn)行輸電線路結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.2 強化鐵塔基礎(chǔ)計算

由于在建設(shè)的過程中會遇到不同類型的輸電線路鐵塔。所以在建設(shè)輸電線路鐵塔的過程中，一定要充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、地貌和施工條件來全面進(jìn)行設(shè)計。并在設(shè)計的過程中需要全面考慮到鐵塔的基礎(chǔ)強度和穩(wěn)定性等諸多方面的因素。設(shè)計師在設(shè)計的過程中，尤其需要全面根據(jù)鐵塔的基礎(chǔ)受力情況來全面進(jìn)行設(shè)計，從而使得架空輸電線路能夠在更加安全的環(huán)境下運行。

4.3 有效降低桿塔接地電阻

在進(jìn)行架空輸電線路設(shè)計的過程中，尤其需要通過有效地降低桿塔的電阻水平來更好地提高抗雷的水平。具體可以采用如下的措施來進(jìn)行：第一，可以使用接地模塊的方式來有效改善電阻率偏低的情況；第二，要盡可能地采用酸堿、堿性物質(zhì)和木炭等非導(dǎo)電的物質(zhì)如石墨材料等來有效地降低塔桿內(nèi)部的電阻；第三，可以通過增設(shè)降阻劑的方法來有效地降低桿塔內(nèi)部的接地電阻。

4.4 優(yōu)化線路路徑和桿塔類型

線路經(jīng)過城鎮(zhèn)市區(qū)等的走廊空間非常小的區(qū)域時，為滿足走廊寬度要求時多采用緊湊型多回路鋼管桿來設(shè)計架空輸電線路。從工程實施的情況來看，不僅結(jié)構(gòu)簡潔視覺美觀，而且還能夠有效地節(jié)約占地的空間。另外由于輸電線路的走廊寬度主要是由塔頭尺寸、風(fēng)偏角度和最小安全距離決定。因此通過有效地控制塔頭的尺寸和風(fēng)向才能夠使得整體輸電線路內(nèi)部的走廊寬度得以減小。隨著將來城市的高速發(fā)展，內(nèi)部面積會變得越來越小，所以多回路和大截面導(dǎo)線的窄基型桿塔結(jié)構(gòu)將成為今后城市架空線路發(fā)展的主要方向。

5 結(jié)語

鐵塔的結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)約占整個架空線路本體造價的60%左右，因此一直在架空輸電線路的設(shè)計過程中占據(jù)著非常重要的地位。架空輸電線路設(shè)計的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量將會關(guān)系到整個架空輸電線路投入運營之后的經(jīng)濟(jì)效益。在分析了輸電線路基本結(jié)構(gòu)、輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、評定輸電線路的主要方法和優(yōu)化架空輸電線路的基礎(chǔ)與鐵塔結(jié)構(gòu)的基本措施幾個環(huán)節(jié)之后，主要結(jié)論如下：在進(jìn)行架空輸電線路設(shè)計的過程中，尤其需要不斷地完善和優(yōu)化鐵塔與基礎(chǔ)設(shè)計的要點，將鐵塔結(jié)構(gòu)及與之連接的基礎(chǔ)有效配合，只有這樣才能讓鐵塔架空輸電線路在運營的過程中發(fā)揮出更好的功能，從而保證架空輸電線路更加安全和穩(wěn)定的運行。