動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法在鐵塔優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用概要

1、動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法在鐵塔優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用李晉珍（山西電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院，太原030001）摘要：本文著重介紹近年我院先后在 500kV送電線路工程新的拉 V型直線塔、酒杯型直線塔、雙回路直線塔設(shè)計(jì)中以結(jié)構(gòu)重量最輕為目標(biāo)，與滿應(yīng)力電算程序相結(jié)合，采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)鐵塔各個(gè)部件的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)布置同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的成果。同傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比，單基指標(biāo)均可節(jié)約鋼材一噸左右，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：動(dòng)態(tài)規(guī)劃鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)用小結(jié)動(dòng)態(tài)規(guī)劃是一種求解多階段決策優(yōu)化過(guò)程的優(yōu)化方法。適宜于處理桁架與塔架結(jié)構(gòu)。 設(shè)計(jì)者能從物理概念入手， 其遞推關(guān)系直觀形象，便于理解和應(yīng)用。近年來(lái)我院先后在 500kV 送電線路工程新的拉

2、V型直線塔、酒杯型直線塔、雙回路直線塔設(shè)計(jì)中：以結(jié)構(gòu)重量最輕 為目標(biāo)，與滿應(yīng)力電算程序相結(jié)合， 采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)鐵塔各個(gè)部件的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)布 置同時(shí)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。同傳統(tǒng)設(shè)計(jì)成果相比， 單基指標(biāo)均可節(jié)約鋼材一噸左右，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。任何結(jié)構(gòu)受力分析表明：力的傳遞路線愈直接，或外荷載愈能被支承反力直接平衡， 結(jié)構(gòu)的重量就愈輕；選取合理的截面形狀和剛度配置，將內(nèi)力與位移的分布相對(duì)于材料的配置調(diào)整得愈是合理， 結(jié)構(gòu)的重量就愈輕； 合理組合各種材料， 結(jié)合結(jié)構(gòu)的受力特性和幾何形 狀，愈是能充分發(fā)揮不同材料的力學(xué)特性，結(jié)構(gòu)的重量就愈輕。 這些基本原理也是鐵塔結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)所遵循的基本原則。輸電線

3、路鐵塔主要承受導(dǎo)地線荷載和自身風(fēng)壓。對(duì)500kV線路普通直線塔而言，塔頭風(fēng)壓占導(dǎo)地線水平荷載的 40%50眩右；鐵塔全高在 3050米之間。而風(fēng)壓高度變化系 數(shù)以每10米10%遞增，對(duì)風(fēng)壓值影響較大。因此，盡量減小塔頭尺寸（即迎風(fēng)面積）和降 低塔頭高度是優(yōu)化鐵塔外型結(jié)構(gòu)、降低鐵塔鋼材重量的首要措施。輸電線路鐵塔一般由地線支架、導(dǎo)線橫擔(dān)、上、下曲臂或塔頭立柱及塔身、塔腿或塔 腳及拉線等部件組成。通過(guò)鉸接組成一個(gè)整體。當(dāng)電壓等級(jí)、氣象條件、導(dǎo)地線荷載、呼稱 高及塔頭電氣間隙圓確定之后，影響鐵塔桿件內(nèi)力、 選材和鐵塔耗量指標(biāo)的主要因數(shù)是如何優(yōu)化鐵塔各部件的合理幾何尺寸和桿件結(jié)構(gòu)布置形式。使結(jié)構(gòu)桿件長(zhǎng)

4、度最短、面積最小。并同時(shí)滿足強(qiáng)度和穩(wěn)定要求， 達(dá)到塔材設(shè)計(jì)重量最輕的目的。但同時(shí)將這些部件的幾何參數(shù)均作為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，建立整體目標(biāo)函數(shù)有一定的困難，而且有的變量不一定有函數(shù)極小值。如將上述部件分解為若干設(shè)計(jì)過(guò)程，每個(gè)過(guò)程的優(yōu)化就會(huì)變成單或雙變量問(wèn)題，將其變量作為設(shè)計(jì)參數(shù)，輸入鐵塔滿應(yīng)力程序求解，逐步遞推，做出相應(yīng)決策，即可使整個(gè)設(shè)計(jì)取得最優(yōu)結(jié)果。整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程可用下式表示：*f 二 min 1nf =min x gk(Sk, Xk)Xk心約束條件：f < f；入W 入;式中：gk :第K個(gè)過(guò)程的標(biāo)量函數(shù)；Sk :第K個(gè)過(guò)程狀態(tài)變量；Xk :第K個(gè)過(guò)程決策變量f:鋼材計(jì)算強(qiáng)度If 1：鋼材

5、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值:桿件計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比! .1：桿件容許長(zhǎng)細(xì)比在實(shí)際計(jì)算中，我們把各過(guò)程的變量變化范圍分檔分級(jí)列表，利用滿應(yīng)力電算程序， 依次計(jì)算，逐步遞推。雙變量或多變量可先將某一變量給預(yù)定值，求另一變量的最優(yōu)解。然后以此變量最優(yōu)解為定值，求某一變量的最優(yōu)解。反復(fù)幾次，即可求出全部變量的最優(yōu)解。 這種優(yōu)化方法雖然電算機(jī)時(shí)稍長(zhǎng)，次數(shù)較多，但經(jīng)驗(yàn)證明，其變量設(shè)置靈活、計(jì)算結(jié)果穩(wěn)妥可靠。一， 拉線V型塔優(yōu)化設(shè)計(jì)：拉線V型塔在結(jié)構(gòu)上布置較為合理，立柱受壓、拉線受拉，分別采用格式組合壓桿構(gòu)件和高強(qiáng)度鋼鉸線，能夠充分發(fā)揮構(gòu)件和材料的力學(xué)特性。其整體剛度大，穩(wěn)定性高，抗風(fēng)能力強(qiáng)，耗鋼量較低。但其立柱屬細(xì)長(zhǎng)桿件，需考慮

6、二階效應(yīng)；占地面積大，有礙農(nóng)田機(jī)耕 作業(yè)，賠償費(fèi)用較高。是我省220500kV線路在平丘非密集農(nóng)田地區(qū)常用的基本塔型。拉線V型塔塔頭由地線支架和導(dǎo)線橫擔(dān)組成，占整塔重量的40%，其中導(dǎo)線橫擔(dān)為36%，地線支架僅4%。所以塔頭優(yōu)化一般以導(dǎo)線橫擔(dān)為主。影響橫擔(dān)桿件內(nèi)力和應(yīng)力的主 要因素是橫擔(dān)本身的桿件結(jié)構(gòu)布置形式，如導(dǎo)線拉線掛點(diǎn)與立柱頂端之間的距離選擇；中橫擔(dān)立面高度、主材節(jié)間選擇、主斜材結(jié)構(gòu)布置型式等：可將這些因素作為設(shè)計(jì)變量，逐 步進(jìn)行遞推優(yōu)化。為縮小塔頭尺寸，導(dǎo)線拉線與橫擔(dān)連接，可減小線距和橫擔(dān)長(zhǎng)度。顯然，在橫擔(dān)上的 拉線連接點(diǎn)與立柱頂端（可視為橫擔(dān)支座）之間的距離愈小，橫擔(dān)上的桿件內(nèi)力愈小

7、。 但因拉線外移，距邊導(dǎo)線的距離也愈近。為滿足電氣間隙，邊橫擔(dān)勢(shì)必加長(zhǎng)，橫擔(dān)重量反而增加。 那么，橫擔(dān)拉線點(diǎn)與立柱頂端之間的距離a究竟取多少合適，使橫擔(dān)重量最輕？存在一優(yōu)化解?，F(xiàn)以我院神大二回 4x300導(dǎo)線、30m/s風(fēng)拉V塔設(shè)計(jì)為例：先將橫擔(dān)高度和寬度設(shè)為定 值，優(yōu)化結(jié)果如下：a (mm)2000210022002300240025002600W (kg)2346231722682274232023522386則：橫擔(dān)拉線點(diǎn)與立柱頂端之間的距離a=2200mm時(shí)重量最輕。橫擔(dān)立面以中導(dǎo)線掛點(diǎn)隔面為中心，兩側(cè)成契型體對(duì)稱布置，中導(dǎo)線掛點(diǎn)隔面高度愈 小，上平面主材坡度愈大，主材受力增加，但斜材

8、桿件長(zhǎng)度減??；反之，主材受力減小，斜 材桿件長(zhǎng)度增加。存在一個(gè)坡度合理匹配問(wèn)題。此時(shí)，我們?cè)賹M擔(dān)拉線點(diǎn)與立柱頂端之間 的距離和橫擔(dān)寬度為定值，可求出中導(dǎo)線掛點(diǎn)隔面最佳高度：h (mm)130014001500160017001800W (kg)234523022282227422762279則：橫擔(dān)中導(dǎo)線掛點(diǎn)隔面高度h=1600mm時(shí)重量最輕。橫擔(dān)立面斜材布置大體有三種：稱之為單斜材式、一斜一橫式和雙斜材式。分別按半側(cè)橫擔(dān)以A、B、C標(biāo)注，如圖1所示:計(jì)算結(jié)果：三種斜材布置類型橫擔(dān)重量如下：其中雙斜材布置重量最輕。ABCW (kg)247224082274橫擔(dān)節(jié)間主材可按平行軸或最小軸布置，

9、平行軸布置節(jié)間計(jì)算長(zhǎng)度雖增加20%，但回轉(zhuǎn)半徑較大，計(jì)算長(zhǎng)細(xì)比較小。最小軸布置回轉(zhuǎn)半徑雖小，但力系傳遞清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，節(jié) 點(diǎn)受力分配均衡，各有利弊。兩種方案比較：最小軸布置橫擔(dān)重量2274kg，平行軸布置橫擔(dān)重量2155kg，平行軸布置重量較輕。橫擔(dān)中部下平面寬度對(duì)主斜材的合理匹配也有影響。因與立柱連接，受立柱寬度約束，橫擔(dān)平面寬度僅可在 1.01.5m區(qū)間內(nèi)變化。在此范圍內(nèi)，主材應(yīng)力隨寬度增加， 線型遞減； 但應(yīng)力變化很小，主材規(guī)格未變。反而腹部斜材長(zhǎng)度隨寬度增加而增加，重量遞增。邊橫擔(dān)立面三角形布置，一般按尖嘴型和鴨嘴型布置：顯然，對(duì)尖嘴橫擔(dān)，因?qū)Ь€荷 載直接作用于上、下平面主材匯交節(jié)點(diǎn)上

10、，四面呈三角形結(jié)構(gòu)，腹部斜材均為理論零桿，此 時(shí)，橫擔(dān)受力當(dāng)然最小，重量最輕。但對(duì)500kV線路直線塔，導(dǎo)線掛點(diǎn)有時(shí)需采用雙掛點(diǎn)，兩掛點(diǎn)最小距離 450mm所以，一般為鴨嘴型布置。邊橫擔(dān)開(kāi)口寬度取500mm為宜。無(wú)雙掛點(diǎn)要求時(shí)，可采用尖嘴橫擔(dān)。拉線V型塔立柱重量占整體重量的50%，是拉線V型塔優(yōu)化設(shè)計(jì)的另一重點(diǎn)。立柱呈正方形截面的格構(gòu)式組合傾斜柱，為偏心受壓構(gòu)件。對(duì)結(jié)構(gòu)本身而言，影響其強(qiáng)度和穩(wěn)定的幾何條件主要是換算長(zhǎng)細(xì)比及主材單肢長(zhǎng)細(xì)比和斜材長(zhǎng)細(xì)比。這些長(zhǎng)細(xì)比均與主柱寬度 k或節(jié)間長(zhǎng)度h有關(guān)。所以，我們可將 k、h作為設(shè)計(jì)變量，依次代入拉 V塔電算程序進(jìn)行計(jì) 算，可得到最優(yōu)解。k、h值的變化，

11、對(duì)立柱風(fēng)壓值和螺栓滑動(dòng)引起的撓度和應(yīng)力當(dāng)然也有 影響。但通過(guò)計(jì)算，在寬度和節(jié)間約束條件范圍內(nèi)，對(duì)桿件內(nèi)力變化影響不大，為避免計(jì)算 復(fù)雜化，可忽略不計(jì)。立柱優(yōu)化計(jì)算后，重量（kg）結(jié)果如下：k ' '' "h-800 mm1000 mm1150 mm1250 mm1500 mm1750 mm1950 mm900 mm2827.412708.092931.462910.152844.623386.503972.97950 mm2769.912642.692680.942658.482880.823435.284019.511000 mm2825.642690.52

12、2724.012699.942917.533484.774066.781050 mm2725.952738.762654.712741.822973.223534.914114.671100 mm2782.352787.382698.602671.232699.403459.303550.501150 mm2839.052836.292747.792713.822737.223217.483599.261200 mm2896.062729.632787.342756.762862.503562.143649.61表中顯示：當(dāng)主柱寬度k=1050mm和節(jié)間長(zhǎng)度h=1150mm時(shí)：立柱重量2654

13、.71 kg最輕。通過(guò)上述逐步遞推，即得到拉V塔整體優(yōu)化設(shè)計(jì)方案（如圖2所示）：1, 中橫擔(dān)主材六節(jié)間平行軸布置、立面和下平面采用雙斜材、上平面單斜材；邊橫 擔(dān)主材三節(jié)間平行軸布置、下平面采用雙斜材、立面和上平面單斜材。2, 橫擔(dān)中導(dǎo)線掛點(diǎn)隔面立面高度1.6m，立柱連接節(jié)點(diǎn)隔面高度 1.8m;中橫擔(dān)上、下 平面為矩形，寬度1.2m;邊橫擔(dān)上、下平面為契形，導(dǎo)線掛點(diǎn)處平面開(kāi)口寬度 0.5m;3, 導(dǎo)線拉線掛點(diǎn)與立柱之間的距離取2.2m；4，立柱除上、下端部外，中部各段為4肢方形組合斷面，寬度取1.05m，主材節(jié)間最大長(zhǎng)度1.15m。主材平行軸布置，立柱長(zhǎng)細(xì)比控制在6080之間；腹材采用單斜材，斜

14、材與立柱軸線夾角控制在40o70o之間。5, 改善塔腳受力性能，采用半球形鉸接，形成全鉸支座。比采用平板塔腳重量要輕。 并裝設(shè)銷釘，防止底腳脫臼，保證塔體的穩(wěn)定性。6, 立柱與橫擔(dān)連接螺栓改為雙剪構(gòu)造，減小螺栓截面和連板厚度。圖2最終該塔設(shè)計(jì)重量 6435 kg，較我院前期按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的同類型塔可節(jié)約鋼材1460 kg ,達(dá)18.5%。與同等設(shè)計(jì)條件的六五國(guó)家科技攻關(guān)成果ZLV 21型拉V塔的重量6650kg相比，還輕3%。取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。并在電力建設(shè)研究所進(jìn)行了真型塔試驗(yàn)，12個(gè)工況一次順利通過(guò)。超載180%仍未破壞。受到與會(huì)專家和領(lǐng)導(dǎo)的好評(píng)。該塔已在我省神大二回 500kV 線路工程中

15、采用，至今運(yùn)行情況良好。而后在豐大500kV線路中按4x400導(dǎo)線、32m/s風(fēng),對(duì)該塔再次按上述思路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和改進(jìn)。并逐步推廣到達(dá)豐、神侯二回、侯侯等多條500kV線路工程中。二，ZB1 MV酒杯型塔優(yōu)化設(shè)計(jì)：目前，國(guó)內(nèi)500kV超高壓輸電線路單回路自立式直線鐵塔一般選用酒杯型和貓頭型鐵塔較多，三相導(dǎo)線均采用懸垂串掛線。在相同設(shè)計(jì)條件下，貓頭型鐵塔比酒杯型鐵塔的塔頭尺寸和線路走廊寬度較小，線路走廊賠償費(fèi)用低， 可減少線路電暈損失和電能損失；但因整體高度較高，耐雷性能差，鐵塔基礎(chǔ)作用力大，單基耗鋼量高；酒杯型鐵塔導(dǎo)線呈水平排列， 與貓頭型鐵塔相比，可減小鐵塔整體高度，鐵塔整體剛度大、撓度

16、變形小，單基耗鋼量低；但線間水平距離寬。自立式鐵塔的優(yōu)化，過(guò)去一般著重于塔身結(jié)構(gòu)。但標(biāo)準(zhǔn)呼稱高下的自立式鐵塔，塔頭 重量占整塔重量的 4050%塔頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化不可忽視。眾所周知，懸垂絕緣子串搖擺角是控 制酒杯型塔頭尺寸的主要因素。中相采用V型懸垂絕緣子串可限制其左右搖擺而減小塔頭尺寸。邊相懸垂絕緣子串搖擺角僅在上曲臂外側(cè)受控，如也采用V型串，雖可減小線間距離，線路走廊窄，但需增加三串絕緣子，邊導(dǎo)線橫擔(dān)比采用懸垂串的橫擔(dān)還長(zhǎng)，對(duì)塔本身而言， 綜合效果并不顯著；而中相采用V型串，兩邊相仍為懸垂串，俗稱M型布置，只增加一串絕 緣子，與全部采用懸垂串的同類型塔相比，線間水平距離可減少 4米，塔頭正面寬度

17、尺寸隨之減小。加之將V型串掛點(diǎn)設(shè)置在橫擔(dān)與上曲臂內(nèi)側(cè)面連接處，中橫擔(dān)主要起連梁作用。 為此，將其立面設(shè)計(jì)成對(duì)稱三角形拱形結(jié)構(gòu)，跨矢比在1/41/5之間，與普通鋼屋架相同，剛度較大；起拱后，雖將增加拱腳推力， 但由于V型串掛點(diǎn)與拱腳共點(diǎn)，兩串拉力產(chǎn)生的水 平力始終指向橫擔(dān)中心， 可抵消部分拱腳推力。這樣，一可擴(kuò)大中導(dǎo)線間隙圓范圍，二可使 中橫擔(dān)立面斜材成為理論零桿，能進(jìn)一步降低塔材耗量，經(jīng)濟(jì)效益比較明顯。為保證在最大風(fēng)偏時(shí)，避免 V型絕緣子串受壓、松弛或脫落，絕緣子串的夾角之半應(yīng) 大于或等于最大風(fēng)偏角，不宜過(guò)小。也不能過(guò)大，否則造成絕緣子串受力增加。按500kV懸垂絕緣子串長(zhǎng) 5米考慮，V型懸垂

18、絕緣子串夾角可取 90°120°為宜；兩側(cè)掛點(diǎn)距離在 8米9米之間。根據(jù)上述，我院新設(shè)計(jì)了中相 V型串酒杯型ZB1-MV鐵塔。并采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法對(duì)結(jié)構(gòu) 布置進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果（見(jiàn)圖3所示）。二 X- 口7一 冒= 呂 08 * SI奚一 1st 戶17召，： § ES30CO8SC亠 *-1兀牝LJ_LId,.1 .圖31, 中橫擔(dān)結(jié)構(gòu)布置和最佳高度選擇：橫擔(dān)立面高度越高，主材受力越小，但斜材長(zhǎng)度增加；反之，主材受力加大，斜材長(zhǎng) 度減??；這就存在一個(gè)最佳高度優(yōu)化解。計(jì)算結(jié)果（電算值）列表如下：橫擔(dān)高度（mm170018001900200021002

19、200主材規(guī)格（16Mn）L75X6L75X6L75X5L75X5L75X5L75X5鐵塔重量（kg）66176635.96596.46596.66599.66637.1根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，當(dāng)橫擔(dān)立面高度1.92.0米時(shí)，鐵塔重量最輕。綜合考慮，取1.9 米。中導(dǎo)橫擔(dān)平面矩形布置：寬度逐步遞增，鐵塔耗量線型增加，無(wú)極值存在?？紤]安裝、檢修時(shí)，人員通行方便，橫擔(dān)寬度取1.2米。邊橫擔(dān)鴨嘴型布置。 邊橫擔(dān)平面導(dǎo)線掛點(diǎn)處開(kāi)口寬度取500mm橫擔(dān)主材按平行軸布置時(shí)，鐵塔電算重量6596kg ;按最小軸布置時(shí)鐵塔電算重量6619kg，故取平行軸布置。立面斜材均為零桿，按單斜材布置；平面按雙斜材布置。2,

20、上、下曲臂結(jié)構(gòu)優(yōu)化：常見(jiàn)的上、下曲臂外側(cè)面呈直線或曲線布置，曲線布置因上下曲臂連接點(diǎn)出現(xiàn)拐點(diǎn)，計(jì)算證明，拐點(diǎn)小主材內(nèi)力略小，變化不大，卻易產(chǎn)生不平衡力；拐點(diǎn)大節(jié)點(diǎn)不平衡力可能超 限，電算不通過(guò)。與其相比，直線布置曲臂主材節(jié)點(diǎn)內(nèi)力平衡。故本塔型上、下曲臂外側(cè)面 按直線布置。當(dāng)上下曲臂高度為定值時(shí)，上曲臂高度越小，塔材重量越輕；但因受到間隙圓的限制， 本塔型上曲臂高度為 5米，下曲臂高度為8米。上、下曲臂節(jié)間配置：上曲臂5個(gè)節(jié)間最小軸或 4個(gè)節(jié)間平行軸布置； 下曲臂7個(gè)節(jié)間 最小軸或6個(gè)節(jié)間平行軸布置；主材角鋼規(guī)格未變。但平行軸方案應(yīng)力較小，且可節(jié)省8根斜材。單基塔材電算重量6596 kg ;最小

21、軸方案單基塔材電算重量6674 kg。顯然，采用平行軸布置較為經(jīng)濟(jì)。斜材按常規(guī)布置。3, 塔身最佳坡度的選擇：動(dòng)態(tài)規(guī)劃應(yīng)用于塔身坡度優(yōu)化較早。直線塔塔身側(cè)面為與曲臂外側(cè)取相同坡度，一般 采用矩形斷面布置，故正、側(cè)面為兩個(gè)坡度變量。為便于求解，可先假定側(cè)面坡度，求正面 最佳坡度；然后再以正面最佳坡度為定值，求側(cè)面最佳坡度。必要時(shí)，可反復(fù)迭代，直至求 出正、側(cè)面最佳坡度，計(jì)算結(jié)果列表如下：塔身正面坡度：（側(cè)面暫取7%塔身坡度（%）789101133m塔重（kg）6602660565546596667436m塔重（kg）72257198717972337350當(dāng)塔身正面坡度取 9 %時(shí)，鐵塔重量最輕

22、。塔身側(cè)面坡度：（正面取9%塔身坡度（%）4566.27833m塔重（kg）65316548648964276531661236m塔重（kg）713771237084702571797233當(dāng)塔身正面坡度取 9 %、側(cè)面坡度取6.2 %時(shí)，鐵塔重量最輕。4,塔身段和節(jié)間優(yōu)化分配：塔身段和節(jié)間分配愈密，斜材數(shù)量增加；主材受力減小，但可能強(qiáng)度控制，長(zhǎng)度再小 也不起作用。反之，主材受力加大，可能會(huì)穩(wěn)定控制；斜材數(shù)量減小；其存在最佳段和節(jié)間 分配優(yōu)化解。計(jì)算結(jié)果列表如下：塔身段組合方案6+6+6+55+6+6+3+35+5+6+3+45+5+5+4+436m塔重（kg）7131698569317112

23、33m塔重（kg）6576642764216579根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，36米標(biāo)志高塔身段（包括塔腿）按5+5+6+3+4段組合，除塔腿外,每段分兩個(gè)大節(jié)間。主材最小軸布置：斜材桿件較少、利于桿件內(nèi)力平衡。此時(shí)，鐵塔重量 最輕。腹部斜材按常規(guī)布置。5,塔身隔面優(yōu)化：塔身橫隔面一般設(shè)在荷載點(diǎn)或變截面處。構(gòu)造橫隔面設(shè)置的間距，一般不大于塔身正 面平均寬度的5倍。橫隔雖可分配剪力和扭力，增強(qiáng)塔身剛度，但設(shè)置過(guò)多沒(méi)有必要。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，橫隔與主材連接節(jié)點(diǎn)因匯交桿件較多，易產(chǎn)生不平衡力。參考國(guó)外鐵塔隔面配置和規(guī)劃院84塔設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本塔除瓶口和塔身塔腿連接面設(shè)置橫隔面外，整個(gè)塔身內(nèi)未設(shè)置橫隔。桿件受力比較均勻。

24、根據(jù)本塔布置，塔腿隔面橫材采用平行軸布置比最小軸受力小，腹材桿件少；重量較輕。6，改進(jìn)水平材驗(yàn)算方法：水平材驗(yàn)算過(guò)去我們均按安裝工況桿件內(nèi)力疊加人重彎矩考慮。人為加大了桿件應(yīng)力。參照近年來(lái)所搞國(guó)外工程的標(biāo)書(shū)規(guī)定，本塔水平材驗(yàn)算僅考慮人重彎矩。不與其它荷載組合，一般受力桿件均能滿足要求。我國(guó)新版架空送電線路桿塔設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定DL/T 5154-2002 也按此原則做了明確的規(guī)定。7, 加長(zhǎng)桿件構(gòu)造長(zhǎng)度，減少包鐵連接數(shù)量：以前鐵塔桿件長(zhǎng)度受到塔廠鍍鋅設(shè)備的限制，桿件長(zhǎng)度一般不超過(guò)8米，塔材需多段連接。目前，很多塔廠已更新改進(jìn)，采用較大的鍍鋅鍋，鍍鋅桿件長(zhǎng)度可達(dá)到1012米，為設(shè)計(jì)采用較長(zhǎng)桿件創(chuàng)造了條

25、件，可減少桿件包鐵數(shù)量和減小因連接構(gòu)造誤差難免產(chǎn)生的不 利影響，能進(jìn)一步降低塔材耗量，節(jié)約加工成本。8, 桿件連接緊湊，減少節(jié)點(diǎn)板用量：我國(guó)塔材單基耗量與國(guó)外同類型塔相比，一般較重。除因壓應(yīng)力穩(wěn)定計(jì)算公式和鋼材 的機(jī)械性能有所差別等因素外，節(jié)點(diǎn)板用量較高是一差距。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)改革目前已引起很 多設(shè)計(jì)院的重視。ZB1_MV塔在節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)上做了一些工作，如上、下曲臂連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)造 常規(guī)習(xí)慣用大板正、 側(cè)面連接。加之上、下曲臂內(nèi)側(cè)主材負(fù)端距較大，連接板上仍需設(shè)置加勁板和加勁角鋼，增加其節(jié)點(diǎn)剛度。節(jié)點(diǎn)板單基耗量約90kg ;本塔上、下曲臂外側(cè)主材直線布置，改為短角鋼外包連接，可大大減小上、下曲臂內(nèi)側(cè)主

26、材負(fù)端距，避免了各主材連接螺栓過(guò)于集中，達(dá)到節(jié)點(diǎn)連接更加緊湊、剛度增強(qiáng)，減小節(jié)點(diǎn)連板的目的，單基耗量40 kg。另外還改進(jìn)了直線塔地線支架和橫擔(dān)的相互連接方式，也減少了節(jié)點(diǎn)板面積。提高螺栓強(qiáng)度等級(jí)。可減少螺栓數(shù)量，但效果并不明顯，經(jīng)驗(yàn)證，受孔壁擠壓控制者 較多。參考國(guó)外鐵塔桿件連接方式，多螺栓連接的斜材桿件，一般與主材直接相連，不僅可減少連接板用量，主材與板的連接螺栓也隨之減少，而且其螺栓抗剪強(qiáng)度和孔壁擠壓強(qiáng)度取值均比我國(guó)要高。值得學(xué)習(xí)研究。根據(jù)以上逐步優(yōu)化結(jié)果和改進(jìn)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等措施，我院新設(shè)計(jì)的ZB1_MV中相V型絕緣子串酒杯塔33米呼稱高塔材施工圖重量8235kg、36米呼稱高塔重8910k

27、g，與我院設(shè)計(jì)條件相同，三相均采用懸垂串掛線的ZB1酒杯塔相比，不僅線路走廊可減少4米，而且33米呼稱高單基塔材減少 1391kg、36米呼稱高塔材減少1730kg ;加之基礎(chǔ)作用力相應(yīng)減少，基礎(chǔ) 耗量混凝土節(jié)約 8%鋼材節(jié)約13.8%，雖多用了一串懸垂絕緣子，兩者相抵，綜合比較，33米呼稱高塔節(jié)約13780元；36米呼稱高塔節(jié)約費(fèi)用更多，經(jīng)濟(jì)效果顯著。因該塔頭中橫擔(dān)三鉸拱式布置，上、下曲臂連接方式又做了較大改進(jìn)，在我省500 kV線路中屬首次使用；為檢驗(yàn)該塔總體承載能力及節(jié)點(diǎn)構(gòu)造是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，確保在線路工程中安全可靠運(yùn)行，于1999年10月在電力建設(shè)研究所進(jìn)行了真型塔試驗(yàn)。規(guī)劃院和山西省

28、局領(lǐng)導(dǎo)及有關(guān)專家主持或參加了本次試驗(yàn)。試驗(yàn)內(nèi)容有 V型串受力驗(yàn)證和鐵塔的正常、安裝、事故等11種工況及45。大風(fēng)超載。除90。大風(fēng)、45。大風(fēng)、45。大風(fēng)超載三種工況外，其它試驗(yàn)工況均在7級(jí)左右大風(fēng)情況下進(jìn)行，450大風(fēng)超載至150%鐵塔整體及各部結(jié)構(gòu)均未見(jiàn)異常，強(qiáng)度和剛度滿足設(shè)計(jì)要求，可 在工程中使用；同時(shí)，與會(huì)專家對(duì)本塔的外型、結(jié)構(gòu)桿件和節(jié)點(diǎn)布置、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均給予較高的評(píng)價(jià)。該塔已在我省侯侯 500kV線路工程中采用127基，替代ZB1直線塔，全線可節(jié)約工程 本體費(fèi)用209萬(wàn)元。至今運(yùn)行情況良好。2001、2002年在華北網(wǎng)局的托安、神保500kV線路工程設(shè)計(jì)中，本塔繼續(xù)得到推廣應(yīng)用。三

29、， 鐵塔與基礎(chǔ)同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)：以鐵塔耗鋼量最小為目標(biāo)，所求得塔身最佳坡度。 對(duì)鐵塔來(lái)講是經(jīng)濟(jì)的。 但進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)化設(shè)計(jì)的范圍。再與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相結(jié)合。就不一定是最佳方案。以我院目前在孟加拉所參加 承包的132kV線路工程為例：該工程位于吉大港城郊。地基土大部分屬海相沉積的灰黑色 淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、軟塑。極限側(cè)摩阻力很小，承載力極低?；A(chǔ)以彈性連梁灌注樁為主。因 其鋼材、水泥、骨料需全部進(jìn)口，費(fèi)用較高。所以，如何降低基礎(chǔ)工程造價(jià)成為主要矛盾。 對(duì)鐵塔而言，在鐵塔容許坡度范圍內(nèi)（即坡度應(yīng)控制在主材開(kāi)合角容許范圍，否則，斜、主 材難以共面），從鐵塔最佳坡度開(kāi)始，塔腿坡度愈大，塔材量增加；但基礎(chǔ)作用力減小，基

30、 礎(chǔ)耗量降低。反之，塔材雖少，但基礎(chǔ)作用力增大，基礎(chǔ)耗量增加。顯然，對(duì)鐵塔和基礎(chǔ)來(lái) 講，也存在一個(gè)塔材和基礎(chǔ)耗量合理配置的優(yōu)化問(wèn)題。以2S雙回路直線塔為例：不同塔身坡度（指單側(cè)坡度）的塔電算重量和基礎(chǔ)耗量對(duì)比 如下表所示：塔身坡度%567891011鐵塔重kg5550.95567.35404.95346.95342.85376.55411.0基礎(chǔ)根開(kāi)mm3700408044604840522056005980上拔力kN328.31295.50268.27245.32225.72208.79193.99下壓力kN382.61349.78322.54299.59280.00263.05248.27樁徑mm500500500500500500500樁深m1716.51514131211.5混凝土m317.7916.9816.1615.7415.3214.914.87基礎(chǔ)鋼材kg2407.82295.219