輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)荷載與塔重的關(guān)系式分析

1、輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)荷載與塔重的關(guān)系式分析輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須確定不同方案的鐵塔重量，而準(zhǔn)確地計(jì)算各種方案的鐵塔重量需花費(fèi)大量的時(shí)間和勞動(dòng)力，在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，一般的作法是只對(duì)某一種塔型的一種高度進(jìn)行計(jì)算，而同一型式的其他高度或另外荷載條件下的塔重，可用公式近似估算，因方案比較是相對(duì)的，對(duì)于塔重百分之幾的絕對(duì)誤差在工程上是允許的。文章參考國(guó)外研究成果，對(duì)輸電線路鐵塔設(shè)計(jì)荷載與的塔重的關(guān)系式進(jìn)行了分析。1 前言輸電線路優(yōu)化設(shè)計(jì)中，必須確定不同方案的鐵塔重量，而準(zhǔn)確地計(jì)算各種方案的鐵塔重量需花費(fèi)大量的時(shí)間和勞動(dòng)力，在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，一般的作法是只對(duì)某一種塔型的一種高度進(jìn)行計(jì)算，而同一型式的其他

2、高度或另外荷載條件下的塔重，可用公式近似估算，因方案比較是相對(duì)的，對(duì)于塔重百分之幾的絕對(duì)誤差在工程上是允許的。關(guān)于輸電線路鐵塔塔重估算研究，國(guó)外曾做了大量工作，國(guó)外研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)塔重梯度與鐵塔高度和其上可能的作用荷載變化值有關(guān)，在大多數(shù)情況下力矩公式是最易實(shí)現(xiàn)的一種方法，參考國(guó)外研究成果對(duì)鐵塔設(shè)計(jì)荷載與塔重的關(guān)系式歸納了以下幾種方法：(1) W1=K1HaTb(2) W2=K2HTa(3) W3=K3(1.44+L)H(Ta+Vb+Lc)125(4) W4=K4HT(5) W5=K5HaTb各式中：Wi鐵塔塔重；Ki比例系數(shù)；T導(dǎo)、地線水平荷載和塔身水平風(fēng)荷載總和,T=Lt;V-導(dǎo)、地線垂荷和鐵

3、塔自重總和；L導(dǎo)、地線不平衡張力總和；La橫擔(dān)最大長(zhǎng)度；H水平荷載影響高度，H=¥；T-導(dǎo)線、地線水平荷載和鐵塔塔身水平風(fēng)荷載；h-導(dǎo)、地線水平荷載和塔身水平風(fēng)荷載作用點(diǎn)高度（以地面起算）；a、b、c常數(shù)。2不同關(guān)系式比較分析通過(guò)對(duì)式（1）（5）的初步分析，常數(shù)a、b、c的取值可初步確定，如式（6）（10）:31（6） Wi=KiH2T22（7） W2=K2HT三212Ic二一不_z.（8） W3=a（1.44+旦）H（T3+V2+L3）125（9） W4=K4HT（10） W5=K5H079T1.15結(jié)合有關(guān)資料對(duì)式（6）（10）進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，除式（8）外，其它公式對(duì)縱向張力和垂

4、直荷載的影響均未涉及，且不同塔型比例系數(shù)均不為一定值，其估算結(jié)果均不理想。下述選用500kV及750kV線路鐵塔施工圖作為統(tǒng)計(jì)樣本，試圖對(duì)上述公式進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。3鐵塔設(shè)計(jì)荷載與塔重的關(guān)系式通過(guò)對(duì)單雙回路232個(gè)施工圖樣本（涵蓋400/35、400/50、630/45、720/50四種導(dǎo)線，4分裂和6分裂兩種分裂型式，30m/s、32m/s、35m/s三種氣象區(qū)，呼稱高范圍3060m）的統(tǒng)計(jì)分析，按照力矩計(jì)算方法對(duì)公式式（8）進(jìn)行反復(fù)適配，綜合考慮長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)、OPGW開(kāi)斷、起算高度、塔身風(fēng)荷載、覆冰厚度、轉(zhuǎn)角度數(shù)、主材角鋼斷面型式和導(dǎo)線分裂數(shù)的影響，得出設(shè)計(jì)荷載與塔重的關(guān)系式：212L

5、（11） W=K0K1K2K3K4K5K6K7K8（1.44土）H（T3V2L3）125上式中：T導(dǎo)、地線水平荷載水平風(fēng)荷載總和，T=£t,輕冰區(qū)取大風(fēng)工況，重冰區(qū)取覆冰工況；V-導(dǎo)、地線垂直荷載總和；L-導(dǎo)、地線不平衡張力總和，懸垂塔取0,耐張塔取大風(fēng)工況；La橫擔(dān)最大長(zhǎng)度（以鐵塔中心起算）；'、htH水平何載影響圖度，H=.t;t-導(dǎo)線、地線水平荷載，輕冰區(qū)取大風(fēng)工況，重冰區(qū)取覆冰工況；h-導(dǎo)、地線水平荷載水平風(fēng)荷載作用點(diǎn)高度（以地面起算）；K。比例系數(shù)，Ko=e.8675;K1長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)影響系數(shù)；K2OPGW開(kāi)斷影響系數(shù)；K3-起算高度影響系數(shù)；K4塔身風(fēng)荷載影響系數(shù)；

6、K5覆冰厚度影響系數(shù)；K6轉(zhuǎn)角度數(shù)影響系數(shù)；K7主材角鋼斷面型式影響系數(shù)；K8導(dǎo)線分裂數(shù)影響系數(shù)。3.1 長(zhǎng)短腿設(shè)計(jì)影響系數(shù)Ki取值山區(qū)線路為保護(hù)環(huán)境、防止水土流失，減小土石方開(kāi)挖量，最佳方案是采用全方位長(zhǎng)短腿，為方便加工和施工、適應(yīng)不同塔位地形高差，一般對(duì)應(yīng)采用2-3套接腿，盡量使塔重增加最小，不同長(zhǎng)短腿級(jí)差對(duì)塔重的影響見(jiàn)表3-1。長(zhǎng)短腿級(jí)差對(duì)塔重的影響表31長(zhǎng)短腿級(jí)差鐵塔增重長(zhǎng)短腿級(jí)差鐵塔增重長(zhǎng)短腿級(jí)差鐵塔增重11.00541.04271.06021.01051.04581.06431.04061.04891.068由表31可知，為方便塔重估算，當(dāng)長(zhǎng)短腿級(jí)差02m時(shí)，Ki取值1.0;當(dāng)2（

7、長(zhǎng)短腿級(jí)差06m時(shí)，Ki取值1.05;當(dāng)6V長(zhǎng)短腿級(jí)差09m時(shí)，Ki取值1.07;3.2OPGW開(kāi)斷影響系數(shù)K2取值OPGW配盤時(shí)常需在直線塔上進(jìn)行OPGW開(kāi)斷，從而引起塔重增加，從工程經(jīng)驗(yàn)可知，當(dāng)在#2直線塔上進(jìn)行OPGW開(kāi)斷時(shí)可使塔重增加23%,當(dāng)在#3直線塔上進(jìn)行OPGW開(kāi)斷時(shí)可使塔重增加12%。3.3 起算高度影響系數(shù)K3取值鐵塔規(guī)劃時(shí)常采用某一高度為基準(zhǔn)起算高度，超過(guò)基準(zhǔn)起算高度則折減使用檔距，鐵塔起算高度不同直接導(dǎo)致導(dǎo)、地線水平風(fēng)荷載對(duì)塔重的影響度發(fā)生變化，h如各呼稱高塔重發(fā)生變異，根據(jù)塔重統(tǒng)計(jì)和適配，尤=加要*。Ih呼稱高）3.4 塔身風(fēng)荷載影響系數(shù)K4取值因塔身風(fēng)荷載計(jì)算較為復(fù)

8、雜且計(jì)算結(jié)果差異較大，公式未直接計(jì)入其荷載，式中已通過(guò)比例系數(shù)調(diào)節(jié)，但對(duì)單回路鐵塔尚需考慮設(shè)計(jì)風(fēng)速取值修正，通過(guò)反復(fù)計(jì)算和適配,當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速30<V032m/s, K4噌r；當(dāng)設(shè)計(jì)風(fēng)速V030m/s或V>32m/s,K4=。303.5 覆冰厚度影響系數(shù)K5取值對(duì)于重冰區(qū)鐵塔塔重通過(guò)計(jì)算分析和適配，K5可取1.65。3.6 轉(zhuǎn)角度數(shù)影響系數(shù)K6取值對(duì)轉(zhuǎn)角塔樣本的統(tǒng)計(jì)、分析后發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)角塔角度按20口分級(jí)為最佳方案，其塔重與導(dǎo)地線最大使用張力總和成正比，單回路轉(zhuǎn)角塔20年專角時(shí)塔重約為其導(dǎo)地線最大使用張力總和的0.3倍，雙回我&轉(zhuǎn)角塔20。轉(zhuǎn)角時(shí)塔重約為其導(dǎo)地線最大使用張力總和的0

9、.4倍，究其原因當(dāng)轉(zhuǎn)角度數(shù)小于等于20時(shí)鐵塔構(gòu)件基本為0.2安裝工況控制，經(jīng)適配后以20紈基礎(chǔ)轉(zhuǎn)角度數(shù)影響系數(shù)K6=；o皿3.7 主材角鋼斷面型式影響系數(shù)K7取值當(dāng)鐵塔塔身主材采用雙角鋼斷面時(shí),因構(gòu)造所需鐵塔板釘量比例增大,鐵塔塔重相應(yīng)增大，經(jīng)統(tǒng)計(jì)和反復(fù)適配，主材角鋼斷面型式為雙角鋼時(shí)影響系數(shù)K7=1.061.10,為方便鐵塔塔重估算可取K7=1.08。3.8 導(dǎo)線分裂數(shù)影響系數(shù)K7取值500kV線路其導(dǎo)線分裂數(shù)以4分裂為主，更高電壓等級(jí)線路其導(dǎo)線分裂數(shù)相應(yīng)增加，經(jīng)初算和適配，對(duì)單回路鐵塔導(dǎo)線分裂數(shù)影響系數(shù)K7可以4分裂為基0.30準(zhǔn)取ini,對(duì)雙回路鐵塔則不需修正，即K8=1.0。44塔重比較分析估算塔重與施工圖塔重比較分析結(jié)果如圖1、各呼稱高估算塔重與施工圖塔重比較分析如圖2所示。圖1