高壓輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

胡濱

摘要：由于城市建設(shè)高速發(fā)展，用電負(fù)荷迅速增加，供電網(wǎng)絡(luò)已不能滿足用電負(fù)荷發(fā)展的需要，勢(shì)必要新建高壓輸電線路，對(duì)原有的線路進(jìn)行增容改造。傳統(tǒng)的鐵塔，占地面積大，造型又與現(xiàn)代城市環(huán)境不協(xié)調(diào)。采用高壓電纜造價(jià)昂貴，采用鋼筋混泥土電桿，它的縱向、環(huán)向裂紋問(wèn)題，一直未能很好的解決。采用環(huán)形或多邊形截面的拔梢型鋼管桿，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力清楚，加工制造容易，施工方便，運(yùn)行安全可靠。本文針對(duì)高壓輸電線路鋼管桿結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路;鋼管桿結(jié)構(gòu);優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、高壓輸電線路鋼管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析

1.1穩(wěn)定性較高

在高壓輸電線路工程當(dāng)中應(yīng)用鋼管結(jié)構(gòu)進(jìn)行建設(shè)，可以提升高壓輸電線路整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，本身鋼管結(jié)構(gòu)的尺寸規(guī)格是比較小的，高壓輸電線路建設(shè)的地點(diǎn)都是比較空曠的地帶，經(jīng)常會(huì)有高強(qiáng)度大風(fēng)，高壓電線路結(jié)構(gòu)就需要承受風(fēng)荷載，而鋼管結(jié)構(gòu)橫截面積比較小，在空間當(dāng)中承受的風(fēng)荷載也相應(yīng)的比較小，這樣可以降低高壓輸電線路承受的壓力值，也就提高了高壓輸電線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。同時(shí)，鋼管結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度較高，但是也具有很高的柔性，當(dāng)遇到強(qiáng)風(fēng)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)鋼管斷裂的現(xiàn)象，進(jìn)一步增強(qiáng)了高壓輸電線路結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1.2占地小，具有美觀性

我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程較快，大部分的城市土地資源都被用于發(fā)展建設(shè)，很少有大面積的空閑土地資源，而傳統(tǒng)的高壓電線路結(jié)構(gòu)是采取鐵塔形式建設(shè)的，需要占用的土地面積較大，而采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)建設(shè)的話，被占用土地也無(wú)法在建設(shè)其它的內(nèi)容，不能重復(fù)利用，這樣對(duì)于現(xiàn)階段土地資源緊缺的狀況來(lái)說(shuō)并不適用。而利用鋼管結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)建設(shè)可以有效的解決這一問(wèn)題，鋼管結(jié)構(gòu)所需要占用的土地面積較小，可以節(jié)約土地資源。

1.3施工便捷度較高

高壓輸電線路的鋼管結(jié)構(gòu)是需要進(jìn)行組裝，鋼管結(jié)構(gòu)施工材料運(yùn)輸非常方便，鋼管結(jié)構(gòu)組裝操作也非常簡(jiǎn)單，施工程序較少，施工的便捷度較高。并且高壓輸電線路建設(shè)是在外界環(huán)境當(dāng)中，會(huì)受強(qiáng)風(fēng)、強(qiáng)雨的侵襲，為提高鋼管結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度需要采用高強(qiáng)度的鋼材，這樣一來(lái)造價(jià)會(huì)更高。鋼管結(jié)構(gòu)不適用于多回路的高壓線路，也只是在城市或城郊地區(qū)的高壓電線路中進(jìn)行應(yīng)用。

二、鋼管結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

2.1鋼管材料優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，鋼管材料的選擇，對(duì)整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量有直接的影響，在選材時(shí)要保證鋼管材料建設(shè)完成后強(qiáng)度符合高壓電線路建設(shè)的要求，由于外界自然因素會(huì)對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的影響，鋼管結(jié)構(gòu)需要有足夠的強(qiáng)度才能保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，對(duì)鋼管材料強(qiáng)度的計(jì)算要根據(jù)鋼管桿撓度進(jìn)行，可以通過(guò)鋼管桿預(yù)彎或預(yù)偏實(shí)驗(yàn)，計(jì)算鋼管材料的撓度，當(dāng)撓度在標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)時(shí)，鋼管材料的強(qiáng)度其實(shí)就已經(jīng)很大了，鋼管材料強(qiáng)度荷載就足以承受外界因素帶來(lái)的影響。保證鋼管材料的強(qiáng)度參數(shù)，是為了保證鋼管結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)彎曲或變形的情況，提高高壓電線路穩(wěn)定性和可靠性。

2.2鋼管主干坡度優(yōu)化設(shè)計(jì)

在鋼管結(jié)構(gòu)當(dāng)中，鋼管主干坡度和梢徑優(yōu)化設(shè)計(jì)的作用是降低材料使用量，提高鋼管結(jié)構(gòu)的美觀性。鋼管主干坡度與鋼管結(jié)構(gòu)的荷載力有直接的關(guān)聯(lián)，而荷載力可以與鋼管的梢徑有關(guān)聯(lián)，因而對(duì)于鋼管主干坡度的優(yōu)化可以通過(guò)控制梢徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，鋼管的梢徑越小鋼管主干坡度越大，鋼管主干坡度越大需要消耗的鋼管材料就越多。因而鋼管的梢徑不能過(guò)小，要適當(dāng)加大，將鋼管坡度降低，以達(dá)到節(jié)約材料的效果，同時(shí)可以優(yōu)化鋼管外形。在進(jìn)行主干坡度設(shè)計(jì)時(shí)要進(jìn)行多種方式調(diào)節(jié)，通過(guò)觀察比較，選擇效果最佳的坡度設(shè)計(jì)方案。

2.3桿身分段長(zhǎng)度

在進(jìn)行鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)鋼管桿身分成均等的長(zhǎng)度，通過(guò)分段可以提高鋼管結(jié)構(gòu)的整體性能，鋼管每一段的長(zhǎng)度需要根據(jù)工程建設(shè)的基本情況進(jìn)行選擇，鋼管長(zhǎng)度不能超過(guò)運(yùn)輸車輛裝箱的長(zhǎng)度，如果設(shè)計(jì)鋼管選擇的型號(hào)是鋼管壁較厚的，那么就需要將分段的長(zhǎng)度適當(dāng)?shù)臏p少，以滿足鋼管結(jié)構(gòu)整體均衡性的需求，通常情況下鋼管總長(zhǎng)度都是相同的，將鋼管分成均等長(zhǎng)度的桿段可以大幅度提高鋼管利用的有效率，在提高鋼管結(jié)構(gòu)性能的同時(shí)也可以節(jié)省材料，降低造價(jià)。

三、鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)影響因素的優(yōu)化控制

高壓輸電線路鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化還要對(duì)相關(guān)的影響因素進(jìn)行控制，高壓輸電線路的外界、內(nèi)界影響因素具有多樣化的特點(diǎn)，需要進(jìn)行全面的優(yōu)化和控制，才能切實(shí)提高鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可行性，促進(jìn)高壓輸電線路運(yùn)行的安全性與可靠性提升，下面對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)影響因素的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行具體分析。

3.1氣候環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在進(jìn)行鋼管設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)建設(shè)區(qū)域的氣候環(huán)境特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查，掌握氣候變化的基本過(guò)濾，然后根據(jù)高壓電線路電壓范圍對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)之間的跨越度進(jìn)行控制，以延長(zhǎng)高壓電線路鋼管結(jié)構(gòu)使用壽命，降低鋼管結(jié)構(gòu)的損耗，避免鋼管結(jié)構(gòu)受惡劣天氣影響而出現(xiàn)較大的損耗，影響高壓線路的穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)也是為了降低后期使用的維修成本，促進(jìn)其經(jīng)濟(jì)效益提升。

3.2區(qū)分桿塔的類型

在高壓線路鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，有耐張桿和直線桿兩種，在設(shè)計(jì)時(shí)要將兩種類型進(jìn)行分隔，一方面降低高壓導(dǎo)地線對(duì)直線桿的拉力，如果拉力過(guò)大很容易造成直線桿故障或損壞。同時(shí)要對(duì)塔桿使用角度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，在建設(shè)的過(guò)程中要按照設(shè)計(jì)角度進(jìn)行施工，保證角度的合理性，角度值對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)整體的荷載能力影響較大，要保證各個(gè)鋼管結(jié)構(gòu)之間保持相對(duì)穩(wěn)定、平衡的狀態(tài)，提高荷載能力。

3.3桿頭與呼稱高

在鋼管桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)將電氣的間隙要求考慮其中，然后再在這一條件下控制線路走廊的寬度及優(yōu)化桿頭與橫擔(dān)的長(zhǎng)度，同時(shí)還應(yīng)將城區(qū)10kV線路與樹(shù)木、路燈的交叉跨越高度考慮其中。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，桿頭與呼稱高度的優(yōu)化目標(biāo)應(yīng)選為桿塔重量最輕，同時(shí)適當(dāng)考慮到根徑的尺寸。一般來(lái)講，對(duì)單或雙回路桿塔而言，應(yīng)將其呼稱高極差控制在3m，而多回路桿塔則應(yīng)控制在2m。

3.4鋼管結(jié)構(gòu)桿塔結(jié)構(gòu)形式

對(duì)于高壓電線路的鋼管結(jié)構(gòu)，桿塔的結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：一種是單桿結(jié)構(gòu)，另一種是雙桿結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)高壓電線工程整體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而進(jìn)行優(yōu)選，普通的正多邊形結(jié)構(gòu)采用單桿結(jié)構(gòu)形式即可，而如果是轉(zhuǎn)角、回路等結(jié)構(gòu)參數(shù)值較大的情況下，選擇應(yīng)用雙桿結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)妥，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，降低桿塔的重量，保證荷載能力充足。在進(jìn)行桿塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化時(shí)，要注意設(shè)計(jì)時(shí)精準(zhǔn)計(jì)算水平導(dǎo)地線與雙桿投影交叉角度的大小，對(duì)張力、回路等因素進(jìn)行科學(xué)的計(jì)算與控制。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)于高壓輸電線路鋼管結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，涉及的優(yōu)化內(nèi)容比較紛雜，鋼管材料的選材優(yōu)化、鋼管的各項(xiàng)性能參數(shù)的優(yōu)化以及影響因素的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這些內(nèi)容都對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)整體建設(shè)的效果有影響，高壓輸電線路負(fù)責(zé)電力傳輸，本身對(duì)自身結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定的性能有很高的要求，鋼管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化質(zhì)量非常關(guān)鍵，只有高效的優(yōu)化設(shè)計(jì)才能大幅度提升高壓輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定。

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