輸電線路大跨越鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張紅軍

摘 要：在大跨越的輸電線路架設(shè)中，鐵塔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)則是架設(shè)過程中的重中之重。對于不同的輸電線路要設(shè)計(jì)不同的鐵塔來承載線路的負(fù)荷，而且還要考慮降低成本，同時(shí)對于鐵塔的安全系數(shù)有著嚴(yán)格的要求。

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

中圖分類號(hào)： TU279 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）08-015-02

近年由于我國大范圍的建設(shè)輸電電網(wǎng)，所以對架設(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)用并降低對生態(tài)環(huán)境的破壞。本文將從輸電線路大跨越塔的發(fā)展歷程、面臨的主要威脅以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)來全面分析大跨越鐵塔的建造。

1 輸電線路大跨越塔的發(fā)展歷程

由于鋼材緊張，大跨越塔最初是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有著很好的安全穩(wěn)定性。但是建筑費(fèi)用較高，這種鋼筋混凝土煙囪塔在1960～1990年得到非常多的應(yīng)用。尤其在長江中下游平原，而混凝土塔高也由116.5m增加到257m，所載電壓也由220kV增加到500kV。由鋼筋混凝土所建造的跨越塔不僅質(zhì)量堅(jiān)固而且使用時(shí)間耐久，例如1990年設(shè)計(jì)的南京大勝關(guān)跨越塔成功運(yùn)行到2005年，不過建造鋼筋混凝土跨越塔工期較長、占地面積較大，并且對環(huán)境的破壞極大，在物資資源豐富的當(dāng)今，社會(huì)不再采用鋼筋混凝土建造的鐵塔，例如在山區(qū)建造鋼筋混凝土跨越塔，很難將建筑材料運(yùn)送上去，就算運(yùn)送上去也嚴(yán)重?fù)p害了自然環(huán)境。

隨著時(shí)代的發(fā)展，組合角鋼跨越塔開始出現(xiàn)在各大輸電電網(wǎng)的運(yùn)輸線路上。這類跨越塔有著更高的強(qiáng)度，在國內(nèi)外都有著十分廣泛的運(yùn)用。此類塔相對于鋼筋混凝土跨越塔有著更好的應(yīng)用，還可以有效的防止地震等自然災(zāi)害對于跨越塔造成的損害，因?yàn)榇祟愃匿摪搴穸冗_(dá)到了65mm，而且能承受450MPa的壓力，所以這類塔應(yīng)用的最廣。

鋼管塔始于1980年后，鋼管結(jié)構(gòu)較組合角鋼結(jié)構(gòu)有著更好的穩(wěn)定性以及耐壓能力。鋼管結(jié)構(gòu)雖然簡潔，但是強(qiáng)度仍然能滿足輸電線路對于大跨越塔的強(qiáng)度要求，許多跨越塔有著好幾條線路以此來滿足供電需求，線路的增多導(dǎo)致跨越兩塔之間承受的重量劇增，但是鋼管塔有著很好的強(qiáng)度，所以能承受由于增加線路而導(dǎo)致的負(fù)載劇增。所以，對于一些重要線路或者是線路多的輸電線路通常采用鋼管塔來運(yùn)輸，國內(nèi)外的通信塔或者導(dǎo)航塔等重要塔都采用鋼管塔來建造[1]。

鐵塔以其簡潔的構(gòu)造、易組裝的特點(diǎn)以及低廉的價(jià)格在大跨越輸電線路上有著非常廣泛的運(yùn)用，鐵塔的強(qiáng)度雖然沒有鋼管塔的強(qiáng)度高，沒有鋼筋混凝土塔的建造價(jià)格低，在綜合方面鐵塔能滿足較大規(guī)模的輸電線路的要求。鐵塔易于安裝拆卸，在道路不通的山路可以將各組件運(yùn)送上山實(shí)施組裝，簡單易行，而且建造時(shí)間大幅度縮短，所以鐵塔在大跨越的輸電線路上有著極其多的運(yùn)用。

2 大跨越輸電線路上鐵塔面臨的問題及防治措施

2.1 特大暴雪的危害

在2008年的特大暴雪災(zāi)害中，南方區(qū)域電網(wǎng)7541條10kV輸電線路被迫停運(yùn)；588條110kV輸電線路被迫停運(yùn)；270座110kV的變電站停運(yùn)；受影響城市鄉(xiāng)鎮(zhèn)合計(jì)達(dá)1669個(gè)，積壓的大雪使得鐵塔不堪重負(fù)而倒塌。大雪落在電線上，低溫導(dǎo)致線路上結(jié)冰，而持續(xù)的大雪會(huì)使得冰層越來越厚，對于大跨越線路的威脅則更大，從而大跨越的輸電線路也受到嚴(yán)重影響，并使得該輸電線路的用戶得不到正常的供電，所以對于某些極端天氣的地區(qū)，不宜采用鐵塔來完成大跨越的輸電。

2.2 環(huán)境腐蝕的危害

在大跨越的輸電線路中的鐵塔一般直接暴露在自然環(huán)境中，而鐵在自然環(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。鐵塔都是由鉚釘連接組裝而成，鉚釘?shù)匿P蝕將影響整個(gè)鐵塔的安全性能，因此對于鐵塔的鉚釘要采取特殊的防護(hù)。

2.3 地震的危害

同樣在2008年，汶川遭遇了高強(qiáng)度地震，在地震中輸電線路及通信線路都遭到了破壞，線路搶修較為簡單，可通信塔和鐵塔的損毀搶修需要較長時(shí)間。所以要對鐵塔進(jìn)行改良，設(shè)計(jì)出合理的結(jié)構(gòu)來降低地震對鐵塔造成的破壞，鐵塔雖然有較高的強(qiáng)度，但是無法抵御地震帶來的損害。只有改進(jìn)鐵塔的構(gòu)造，利用物理原理來達(dá)到減震的目的[2]。

3 輸電線路大跨越鐵塔的主要技術(shù)

3.1 合理設(shè)計(jì)塔頭鉸結(jié)點(diǎn)的位置

塔頭的鉸結(jié)點(diǎn)即為桿系結(jié)點(diǎn)，處理成剛性節(jié)點(diǎn)后雖然不會(huì)影響鐵塔的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是浪費(fèi)了較多的材料。在我國的鐵塔上的中間鉸位置添加了平連桿，在國外平連桿的添加是多余的。三鉸拱的運(yùn)用可以很好的解決，不用另外添加可能會(huì)影響受力杠件的問題，只有保持鐵塔結(jié)構(gòu)加工圖與計(jì)算圖一致，才能更大限度的保證鐵塔的安全性。

3.2 布置合理的導(dǎo)線橫擔(dān)下平面斜材

交叉斜材的布置一般連接在橫擔(dān)的主材上，由此產(chǎn)生了縱向壓力導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處變形。但在這個(gè)部位的設(shè)計(jì)上增加了短角鋼來抵消縱向的壓力，但這只是一個(gè)臨時(shí)方法。為了更好的滿足設(shè)計(jì)需求，僅僅只需將交叉斜材安裝到橫擔(dān)根部就可以將縱向的壓力傳遞到主塔身上。

3.3 曲臂傳遞縱向荷載

曲臂的鐵塔不僅外形美觀，而且更加內(nèi)在實(shí)用。采用曲臂的鐵塔可以很好的將縱向荷載傳遞到曲臂內(nèi)外側(cè)斜材，這種方法建立在理想的力學(xué)模型之上。設(shè)計(jì)師要注意力量的傳遞路線，對于不該安裝桿件的地方絕不能安裝，另外在力的傳導(dǎo)方向要適量的安裝桿件來使縱向荷載轉(zhuǎn)移。桿系的布置一定要合理，桿系要隨著縱向荷載的方向來布置。

3.4 大坡度塔身

利用大坡度塔可以減少材料耗量，但是也可對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。

3.5 偏心問題

這是一個(gè)鐵塔中最常見的問題，主要有4類偏心問題：單包鐵接頭引起的主材力線的偏心；主材與斜材連接的偏心；不同規(guī)格主材接頭的偏心；橫隔面材連接上的偏心。對于這4類偏心有著不同方法來完善，例如對于不同規(guī)格主材接頭的偏心可以使用上下主材搭接接頭的辦法，要保證鐵塔主柱不彎曲[3]。

今后的輸電線路將越來越密集，而架設(shè)輸電線路的鐵塔會(huì)面臨更大的挑戰(zhàn)，只有不斷的對鐵塔的結(jié)構(gòu)提出合理的設(shè)計(jì)才能使大跨越的輸電線路穩(wěn)定的運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 帥慧明.高壓輸電鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用[D].廣東：廣州大學(xué)，2011.

[2] 張俊平.高壓架空輸電線路大跨越鐵塔承臺(tái)基礎(chǔ)施工[J].山西建筑，2011（32）.

[3] 李峰，袁駿，侯建國，等.我國輸電線路鐵塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠度研究[J].電力建設(shè)，2010（11）.