輸電桿塔設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、輸電線路工程專業(yè)輸電桿塔設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書題目：110kv普通自立式鋼筋 混凝土單桿電桿設(shè)計(jì) 輸電桿塔設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的：輸電桿塔設(shè)計(jì)課程是輸電線路工程重要的專業(yè)課之一,輸電桿塔課程設(shè)計(jì)是本門課程教學(xué)環(huán)節(jié)中的重要組成部分。通過(guò)課程設(shè)計(jì),使學(xué)生能系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握本門課程中所學(xué)的內(nèi)容,并且能將其它有關(guān)先修課程,如材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、線路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、鋼筋混凝土設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、電氣技術(shù)等理論知識(shí)在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中得以綜合地運(yùn)用；通過(guò)課程設(shè)計(jì),能使學(xué)生熟悉并掌握如何應(yīng)用有關(guān)資料、手冊(cè)、規(guī)范等,從設(shè)計(jì)中獲得一個(gè)工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)方面的基本技能；課程設(shè)計(jì)也是培養(yǎng)和提高學(xué)生獨(dú)立思考、分析工程實(shí)際問(wèn)題

2、和解決問(wèn)題能力的重要手段。二、設(shè)計(jì)題目：110kv-單桿直線電桿設(shè)計(jì)(拉線式)三、設(shè)計(jì)參數(shù)：電壓等級(jí)：110kv避雷線型號(hào)：gj一35電桿錐度：1/75電桿根部埋深：3m頂 徑：270mm氣象條件：級(jí)絕緣子：7片×一4.5地質(zhì)條件：土壤類型 可塑粘性土 ；容重 16 ；抗剪角_ 30°_ ；被動(dòng)土壓系數(shù) 48_ 。設(shè)計(jì)參數(shù)表格參數(shù)學(xué)生姓名導(dǎo)線型號(hào)水平檔距（m）垂直檔距（m）避雷線支持力tmaxtmin田維lgj150/2525537545504450一 整理設(shè)計(jì)用相關(guān)數(shù)據(jù)1. 由于線路經(jīng)過(guò)典型氣象區(qū)，則查表將數(shù)據(jù)填入表1（氣象條件表）。表1.氣象條件表氣象項(xiàng)目最高氣溫最低氣

3、溫最大風(fēng)覆冰有風(fēng)安裝有風(fēng)年均氣溫氣溫（）+40-20-5-5-10+10風(fēng)速（m/s）002510100冰厚（mm）0005002. 電桿荷載組合情況。表2：電桿荷載組合情況表荷載類型垂直荷載橫向水平荷載縱向水平荷載荷載組合項(xiàng)目l 導(dǎo)、地線、絕緣子串、金具重力荷l 電桿自重荷載l 安裝時(shí)工人、工具重力荷載l 導(dǎo)、地線、絕緣子串和金具風(fēng)壓l 電桿本身風(fēng)載l 轉(zhuǎn)角電桿上導(dǎo)線及地線角度力l 導(dǎo)、地線不平衡張力l 斷線時(shí)對(duì)電桿產(chǎn)生的支持力l 導(dǎo)線安裝時(shí)的緊線張力3. 確定導(dǎo)線lgj-150/25的相關(guān)參數(shù)，列于下表3中。表3.導(dǎo)線lgj-150/25參數(shù)表截面積a(mm2)導(dǎo)線直徑d(mm)彈性系數(shù)e

4、(mpa)溫度膨脹系數(shù)(1/°c)計(jì)算拉斷力(n)計(jì)算質(zhì)量(kg/km)抗拉強(qiáng)度mpa安全系數(shù)k許用應(yīng)力mpa年均應(yīng)力上限mpa173.1117.107600018.9×10-654110601.0296.952.5118.7874.244. 地線gj-35的相關(guān)參數(shù)列于下表4中。表4.地線gj-35的相關(guān)參數(shù)計(jì)算截面積（）計(jì)算直徑（mm）極限強(qiáng)度()最大拉斷力(n)最小拉斷力(n)重量(kg/km)37.27.811761372470046003005.絕緣子相關(guān)參數(shù)（表5）表5.絕緣子相關(guān)參數(shù)型號(hào)主要尺寸（mm）工頻電壓kv r.m.s不小于雷電全波沖擊電壓kv pea

5、k不小于抗張機(jī)械負(fù)荷（kn）重量（kg）結(jié)構(gòu)高度h盤徑d公稱爬電距離l連接形式標(biāo)記干閃絡(luò)濕閃絡(luò)1min濕耐受擊穿50%閃絡(luò)耐受例行試驗(yàn)1h機(jī)電試驗(yàn)機(jī)電破壞不小于x-4.5146254285168045401101201003645605.06.線路金具選配表表6.線路金具選配表名稱質(zhì)量(kg)數(shù)量型號(hào)(長(zhǎng)度mm)掛板0.561z-7（60）球頭掛環(huán)0.271qp-7（50）絕緣子5.07x-4.5（146）懸垂線夾2.01cgu-3（118）預(yù)絞絲0.71fyh-150/25絕緣子串長(zhǎng)度1250mm絕緣子串重量38.53kg7. 電桿結(jié)構(gòu)及材料（1）設(shè)計(jì)用混泥土強(qiáng)度為c30，縱向鋼筋采用光面鋼

6、筋，螺旋鋼筋采用，螺距為100mm。（2）基礎(chǔ)配置上、下卡盤及底盤，卡盤規(guī)格為0.8×0.3×0.2，底盤規(guī)格為1.0×1.0×0.21。8. 地質(zhì)條件安b類地區(qū)設(shè)計(jì)風(fēng)速土壤類型_ 可塑粘性土_;容重_16_;抗剪角_30°_;被動(dòng)土壓系數(shù)_48_ .二 導(dǎo)線和地線相關(guān)計(jì)算及最大弧垂的判定1.導(dǎo)線比載計(jì)算（單位：mpa/m）（1）自重比載（2）冰重比載（3）垂直總比載 （4）無(wú)冰風(fēng)壓比載假設(shè)風(fēng)向垂直于線路方向可以得出下式： 外過(guò)有風(fēng)（） 內(nèi)過(guò)電壓（） 最大風(fēng)，設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)（） 最大風(fēng)，設(shè)計(jì)風(fēng)偏時(shí)（）(5)覆冰風(fēng)壓比載（） (6)無(wú)冰綜合比載 公式

7、： 外過(guò)有風(fēng)： 內(nèi)過(guò)電壓： 最大風(fēng)，設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)： 最大風(fēng)，設(shè)計(jì)風(fēng)偏時(shí)：(7)覆冰綜合比載 2.將計(jì)算的導(dǎo)線比載結(jié)果匯成下表7（單位：）表7.導(dǎo)線比載匯總表強(qiáng)度340517.7051.7536.08=0.85,=1.125.89=0.61,=1.111.74=1.0,=1.149.6153.063.計(jì)算比值，將計(jì)算的結(jié)果列入下表8中：（單位1/m）表8.可能的應(yīng)力控制條件氣象條件最大風(fēng)覆冰有風(fēng)最低溫年均溫許用用力 (mpa)118.78118.78118.7874.24比載()4961待添加的隱藏文字內(nèi)容253.0634053405溫度°c-55-2010比值0.41760.44670

8、.28660.4586編號(hào)bcad4.計(jì)算臨界檔距，利用列表法（表9）氣象條件abcd臨界檔距(m)lab=269.4022lac=238.8215lad 不存在lbc不存在lbd不存在lcd不存在5.由此得出年均溫為控制氣象條件6.最大弧垂判定當(dāng)檔距為 255時(shí)，控制條件為：年均氣溫比載= 0.03405,應(yīng)力 = 74.24,溫度t = 10臨界氣溫tj = 18度，最大弧垂發(fā)生在最高氣溫狀態(tài)：= 36.90mpa則：最大弧垂7.地線比載計(jì)算 計(jì)算步驟同導(dǎo)線比載計(jì)算相同，將數(shù)據(jù)填入下表10.(地線截面積a=37.2mm2 地線直徑d=7.8mm)表10.地線比載表（單位：）項(xiàng)目安裝外過(guò)強(qiáng)度

9、風(fēng)偏數(shù)據(jù)（）79.0947.70126.7915.7315.7383.5459.95項(xiàng)目安裝外過(guò)強(qiáng)度風(fēng)偏數(shù)據(jù)（）35.8980.6480.64115.0499.24131.77三 電桿外形尺寸確定1. 電桿總高計(jì)算 電桿的總高度與檔距、地理?xiàng)l件、電壓等級(jí)、氣候及電氣等因素有關(guān)。電桿總高等于呼稱高度加上導(dǎo)線間的垂直距離和避雷線支架高度、基礎(chǔ)埋深。(1)電桿呼稱高度 電桿下橫擔(dān)的下線邊緣線到地面垂直距離h稱為電桿的呼稱高度，由懸垂絕緣子串長(zhǎng)度、導(dǎo)線最大弧垂、導(dǎo)線到地面及被跨越物安全距離及施工裕量h組成，即110kv電桿采用7片x-4.5絕緣子，導(dǎo)線弧垂為6.5m, 電桿按居民區(qū)設(shè)計(jì)偏安全，設(shè)計(jì)導(dǎo)線

10、到地面垂直距離為7.0m,200m300m檔距施工裕度為0.6m。 因此，電桿設(shè)計(jì)呼高h(yuǎn)=16.35m,選取呼高為18m。(2)導(dǎo)線間的垂直距離單回線路兩相導(dǎo)線水平排列線間距，規(guī)程規(guī)定：導(dǎo)線間的水平線間距，可根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定，1000m以下檔距計(jì)算式為在覆冰較少地區(qū)，規(guī)程推薦垂直線間距宜采用水平線間距的75%即 計(jì)算得： 則：設(shè)計(jì)導(dǎo)線間水平距離為5.0m，設(shè)計(jì)導(dǎo)線間垂直距離為4.0m。(3)地線支架高度設(shè)計(jì)110kv線路采用防雷保護(hù)角，取地線支架向右側(cè)偏移0.3m,避雷線支架高度為h，則地線對(duì)下橫擔(dān)左側(cè)導(dǎo)線防雷保護(hù)為控制條件，由防雷條件： 求的 h=2.26m, 選取避雷線支架高度為3.0m。

11、 電桿總高由地線支架高度、導(dǎo)線間垂直距離、桿塔呼稱高度、埋深這幾部分組成。 綜上，電桿設(shè)計(jì)總高h(yuǎn)=3.0+4.0+18+3.0=28m.2. 橫擔(dān)長(zhǎng)度計(jì)算由以上計(jì)算出兩相導(dǎo)線水平間距，可選取下橫擔(dān)長(zhǎng)度為5m,上下導(dǎo)線垂直間距為4m,上下導(dǎo)線水平偏移距離0.6m,上橫擔(dān)長(zhǎng)度為1.9m。3. 電桿外形尺寸校驗(yàn)(1)上下導(dǎo)線垂直線間距的校驗(yàn)。由表3-10得最小垂直線間距為3.5m, 小于實(shí)際線間距4.0m，合格。(2)上下導(dǎo)線水平偏移校驗(yàn)。由表3-11得規(guī)程規(guī)定水平偏移距離為0.5m,小于實(shí)際上下導(dǎo)線水平偏移距離0.6 m,合格。(3)檔距中央導(dǎo)線與地線間距離校驗(yàn)。規(guī)程規(guī)定在雷電過(guò)電壓氣象條件下：氣

12、溫，無(wú)風(fēng)。應(yīng)保證檔距中央導(dǎo)線與地線間距滿足：雷電過(guò)電壓氣象條件下導(dǎo)線弧垂為4.11m, 地線弧垂可忽略。則：即檔距中央導(dǎo)線與地線間距離符合要求。(4)帶電作業(yè)上人檢修安全距離校驗(yàn)。帶電作業(yè)校驗(yàn)氣象條件為：風(fēng)速v=10m/s,氣溫15,人體活動(dòng)范圍0.30.5m，110kv校驗(yàn)間隙為1.0m,通過(guò)間隙圓校驗(yàn)，安全。(5)間隙圓校核。級(jí)氣象區(qū)三種氣象條件風(fēng)速：正常運(yùn)行情況v=25m/s,操作過(guò)電壓v=15m/s,雷電過(guò)電壓v=10m/s。三種氣象條件下絕緣子串風(fēng)荷載： 絕緣子風(fēng)荷載公式：因則三種氣象條件下導(dǎo)線風(fēng)荷載為： 導(dǎo)線風(fēng)荷載公式： 導(dǎo)線重力荷載三種氣象條件下絕緣子串風(fēng)偏角： 公式：. 規(guī)程給

13、出的最小空氣間隙為：.根據(jù)，用一定比例制作間隙圓校驗(yàn)圖，三種氣象條件下間隙校驗(yàn)合格。四 電桿荷載計(jì)算1運(yùn)行情況1：直線桿塔第一種荷載組合情況為最大設(shè)計(jì)風(fēng)速、無(wú)冰、未斷線。級(jí)氣象區(qū)，從規(guī)程中查得： 地線重力為 地線風(fēng)壓為 導(dǎo)線重力為 絕緣子串風(fēng)荷載：絕緣子串?dāng)?shù)，每串絕緣子片數(shù)，單裙一片絕緣子擋風(fēng)面積，絕緣子串高度為13.5m,查表得風(fēng)壓高度變化系數(shù)，則 導(dǎo)線風(fēng)壓為 2.運(yùn)行情況2：直線桿塔的第二種荷載組合為覆冰、有相應(yīng)風(fēng)速、未斷線。 設(shè)計(jì)冰厚為5mm ,覆冰系數(shù)取k=1.075,則地線重力為下圖（a）（b）分別為正常運(yùn)行情況1和2的荷載圖。3. 斷導(dǎo)線情況1、2：斷一根導(dǎo)線的荷載組合為無(wú)風(fēng)、無(wú)冰

14、。下圖（c）、（d）為斷上下導(dǎo)線的荷載圖。4. 斷地線情況：斷地線荷載組合情況為無(wú)冰、無(wú)風(fēng)、導(dǎo)線未斷。下圖（e）為斷地線荷載圖。5. 安裝情況1：起吊上導(dǎo)線，荷載組合情況為有相應(yīng)風(fēng)、無(wú)冰。 掛上導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線越過(guò)下橫擔(dān)須向外拉開，其拉力與水平線的夾角為，并假定上、下橫擔(dān)間導(dǎo)線水平拉出1.3m。下圖（f）為起吊上導(dǎo)線時(shí)的荷載圖。6. 安裝情況2：起吊下導(dǎo)線。 地線、導(dǎo)線的重力和風(fēng)壓同安裝情況1所述。正在起吊下導(dǎo)線時(shí)下橫擔(dān)處的總重力為下圖（ g)為起吊下導(dǎo)線時(shí)的荷載圖。7. 桿身風(fēng)壓計(jì)算。根據(jù)已知條件：風(fēng)壓高度變化系數(shù)取，構(gòu)件體形系數(shù)取，電桿風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)取。正常情況大風(fēng)時(shí)上橫擔(dān)處單位長(zhǎng)度桿身風(fēng)壓為

15、五. 電桿桿柱的強(qiáng)度驗(yàn)算及配筋計(jì)算1. 配筋及抵抗彎矩計(jì)算初選嵌固點(diǎn)處配置光面級(jí)縱向鋼筋，；c30的混凝土；斷外面直徑查附表9得計(jì)算可知： 錐形電桿通常在滿足外彎矩的條件下，可逐段減少主筋，技術(shù)術(shù)語(yǔ)稱抽筋（通常每隔數(shù)米減少兩根主筋）其它各段的抵抗彎矩見下表，電桿抵抗彎矩圖及各段配筋如附圖4。抵抗彎矩dda25704708164026048160.280.2523255304307536024043000.280.2519484903906908022040200.280.24158114503506280020036180.280.241301342332358561186.532160.27

16、0.24110153962965432217328140.260.2492173702705024016024120.250.2372232901903768012020100.240.23432.拉線的計(jì)算（見教材圖519）設(shè)計(jì)電桿外徑400mm，內(nèi)徑300mm。四根拉線采用對(duì)稱布置，拉線點(diǎn)在下橫擔(dān)處，設(shè)計(jì)拉線與橫擔(dān)的水平夾角 40° ，與地面的夾角60°，拉線長(zhǎng)度l13.5/sin60°15.6m，在地面上投影b1lcos60°7.8m，電桿埋深3m，拉線盤埋深2.5m。拉線的受力計(jì)算主要由正常情況的荷載和撓度控制。正常情況下拉線的受力取最大風(fēng)速情況

17、計(jì)算，此時(shí)p98.44（n/m） 斷上導(dǎo)線時(shí)的受力其受力為 其中 選擇拉線截面 選取拉線177.8 1570。2.正常情況下電桿彎矩計(jì)算.運(yùn)行情況1（大風(fēng)）桿頭荷載如附圖3, 拉線點(diǎn)以上部分（截面0，1，2，）處的彎矩計(jì)算： （2）運(yùn)行情況2（覆冰）運(yùn)行情況2的計(jì)算方法同上，因?yàn)闉榉侵乇鶇^(qū)，故不是控制條件，計(jì)算略去。3.斷導(dǎo)線情況時(shí)的彎矩計(jì)算斷上導(dǎo)線情況因斷上導(dǎo)線對(duì)桿身產(chǎn)生的彎矩比斷下導(dǎo)線要大得多（即斷上導(dǎo)線起著控制作用），故只計(jì)算斷上導(dǎo)線時(shí)桿柱的彎矩。首先計(jì)算斷導(dǎo)線時(shí)的設(shè)計(jì)荷載。斷導(dǎo)線張力為（2). 地線不平衡張力引起的彎矩 因?yàn)殡姉U在嵌固點(diǎn)的彎矩最大，故只計(jì)算此點(diǎn)的彎矩為4.電桿安裝時(shí)強(qiáng)度

18、驗(yàn)算1)安裝上導(dǎo)線各處的彎矩2)安裝下導(dǎo)線時(shí)各處的彎矩安裝時(shí)產(chǎn)生的最大彎矩m1=14967 n.m，m2=21784 n.m 均在抵抗彎矩包絡(luò)圖內(nèi)，故安全。5.桿柱彎扭驗(yàn)算 上字型無(wú)拉線單桿直線電桿轉(zhuǎn)動(dòng)橫擔(dān)啟動(dòng)力為2500n，橫擔(dān)長(zhǎng)度為2.5m，故上導(dǎo)線短線，橫擔(dān)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主桿同時(shí)承受彎矩，剪力和扭矩的作用，剪力v=2500n ,扭矩t=25002.5=6250n。電桿外徑d=400mm，內(nèi)徑d=300mm,c30的混凝土，則全部應(yīng)力可由混泥土承擔(dān)，螺旋鋼筋可僅按構(gòu)造要求配置。6.正常情況時(shí)的裂縫寬度驗(yàn)算 嵌固點(diǎn)處配置18光面級(jí)縱向鋼筋。采用級(jí)螺旋鋼筋，螺距為s=100mm。（1）. 驗(yàn)算裂縫寬度

19、應(yīng)采用彎矩標(biāo)準(zhǔn)值（即荷載標(biāo)準(zhǔn)值引起的彎矩）7.電桿組立時(shí)的強(qiáng)度驗(yàn)算 對(duì)電桿除了要進(jìn)行各種工作狀態(tài)下的強(qiáng)度和抗裂計(jì)算外，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際組立的起吊方法進(jìn)行起吊強(qiáng)度驗(yàn)算。下面以該電桿為例，按人字抱桿單點(diǎn)起吊法進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。 1.已知上橫擔(dān)b點(diǎn)的集中荷載為上橫擔(dān)和絕緣子串的重量，估計(jì)為900n,作用在下橫擔(dān)c點(diǎn)的集中荷載為2000n；整根電桿自重為35000n,為計(jì)算方便并偏安全設(shè)計(jì)，將錐形電桿的自重按照等徑電桿均布荷載計(jì)算，即電桿每米重量(1). 支點(diǎn)反力（見下圖） 根據(jù)求出的各點(diǎn)彎矩和零點(diǎn)彎矩的位置，畫出彎矩圖，如下圖所示。從彎矩圖可以看出，雖然安裝引起的彎矩大于正常大風(fēng)情況的彎矩，但仍然小于電桿的

20、抵抗彎矩，安全。2.以下橫擔(dān)c點(diǎn)為起吊點(diǎn)計(jì)算方法同上，剪力及彎矩圖如下圖。六.電桿基礎(chǔ)選型及強(qiáng)度校驗(yàn) (1) 抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。基礎(chǔ)的計(jì)算寬度為電桿埋深為，電桿腿部外徑 =2)計(jì)算。水平荷載合力為，等效作用點(diǎn)高度為，抗傾覆基礎(chǔ)穩(wěn)定驗(yàn)算。查表得基礎(chǔ)附加分項(xiàng)系數(shù)，則加上下卡盤后抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算。設(shè)卡盤位置為，并選擇卡盤截面為求。 計(jì)算e。其計(jì)算式為計(jì)算基礎(chǔ)的極限傾覆力為 計(jì)算上下卡盤的抗傾覆力pk為計(jì)算卡盤長(zhǎng)度。卡盤的截面尺寸為，則卡盤實(shí)際長(zhǎng)度為 選擇上卡盤規(guī)格為。基礎(chǔ)抗壓強(qiáng)度校驗(yàn)。1)抗壓承載力的計(jì)算規(guī)格：a b t1（m m m）=0.8 0.8 0.18基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的豎向壓力設(shè)計(jì)值包括電

21、桿自重、導(dǎo)地線絕緣子及金具的重量，估計(jì)為35000n基礎(chǔ)自重及土石方重量約為28.4kn,地盤底面壓應(yīng)力為底盤強(qiáng)度計(jì)算將基礎(chǔ)底部的壓應(yīng)力看做底盤底面積的均布荷載，即底盤配筋選用10級(jí)鋼筋，鋼筋面積為，故基礎(chǔ)底盤選配符合要求。所以，選用規(guī)格：a b t1（m m m）=0.8 0.8 0.18的底盤且底盤配筋選用10級(jí)鋼筋是安全的。上拔基礎(chǔ)的計(jì)算包括拉線盤上拔穩(wěn)定，水平方向穩(wěn)定及拉線盤強(qiáng)度驗(yàn)算拉線盤規(guī)格：0.30.60.2基本參數(shù)2）上拔穩(wěn)定計(jì)算上拔深度為：=3.0-0.3=2.7m臨界深度：b/a=2m<3md=0.6(b+a)=0.54m=1.5d=0.81m<抗拔土的體積：水平穩(wěn)定驗(yàn)算被動(dòng)土抗力為：由垂直分力產(chǎn)生水平抗力為水平驗(yàn)算合格七.課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)一周的奮戰(zhàn)我的課程設(shè)計(jì)終于完成了。在沒(méi)有做課程設(shè)計(jì)以前覺(jué)得課程設(shè)計(jì)只是對(duì)輸電桿塔及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)這門課程所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做課程設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有