高压输电线路结构设计探究
电力事业是中国的一个重要支柱产业,它直接关系到国民经济的发展。高压输电铁塔是电力部门主要的电力传输工具,随着我国经济的迅速发展,铁塔的需求量也在逐渐增加。需要大量质量好、适应性强的铁塔。这不仅给电力行业的施工企业提供了广阔的市场,同时也给国内其它行业的施工企业带来了新的机遇和挑战。输电铁塔结构设计的质量目前只能靠铁塔出厂前的铁塔试组装把关。如何在铁塔出厂前通过合理的设计使铁塔就位率达 100%,减少工程损失,对铁塔试组装和检查具有重要的意义。
1.高压输电线路铁塔结构设计选型的基本项目
我国现阶段设计的高压输电线路铁塔都是成型成套的,一般根据当地的气象等环境状况,一类塔型中有多种高度的铁塔,且应用时很少铁塔会用到其能承受的最大垂直或者水平档距,所以结构中裕度是有的。而同类铁塔中,除塔底部不同外,其他部位的结构都是一样的,所选择的地脚螺栓型号也是一致的。因为高压输电线路导线本身具备足够的载流能力,根本原因是线路中某些线段的铁塔呼撑高太低,大电流通过时,导线弧垂加大,对地距离满足不了安全要求,所以设计的重点就是选择较高杆塔,择位再立。
1.1 中横担结构布置和最佳高度选择
横担立面高度越高,主材受力越小,但斜材长度增加;反之,主材受力加大,斜材长度减小;这就存在一个最佳高度优化解。中导横担平面矩形布置:宽度逐步递增,铁塔耗量线型增加,无极值存在。考虑安装、检修时,人员通行方便,横担宽度取 1.2m。边横担鸭嘴型布置。边横担平面导线挂点处开口宽度取 500mm。横担主材按平行轴布置时,铁塔电算重量6596kg;按最小轴布置时铁塔电算重量 6619kg,故取平行轴布置。立面斜材均为零杆,按单斜材布置;平面按双斜材布置。
1.2 上、下曲臂结构的选型
常见的上、下曲臂外侧面呈直线或曲线布置,曲线布置因上下曲臂连接点出现拐点,计算证明,拐点小主材内力略小,变化不大,却易产生不平衡力;拐点大节点不平衡力可能超限,电算不通过。与其相比,直线布置曲臂主材节点内力平衡。故本塔型上、下曲臂外侧面按直线布置。当上下曲臂高度为定值时,上曲臂高度越小,塔材重量越轻;但因受到间隙圆的限制,本塔型上曲臂高度为5m,下曲臂高度为 8m。上、下曲臂节间配置:上曲臂 5 个节间最小轴或 4 个节间平行轴布置;下曲臂 7 个节间最小轴或 6 个节间平行轴布置;主材角钢规格未变。但平行轴方案应力较小,且可节省8根斜材。单基塔材电算重量6596 kg;最小轴方案单基塔材电算重量6674 kg。显然,采用平行轴布置较为经济。斜材按常规布置。
1.3塔身最佳坡度的选择
动态规划应用于塔身坡度优化较早。直线塔塔身侧面为与曲臂外侧取相同坡度,一般采用矩形断面布置,故正、侧面为两个坡度变量。为便于求解,可先假定侧面坡度,求正面最佳坡度;然后再以正面最佳坡度为定值,求侧面最佳坡度。必要时,可反复迭代,直至求出正、侧面最佳坡度。
1.4塔身隔面的选型
塔身横隔面一般设在荷载点或变截面处。构造横隔面设置的间距,一般不大于塔身正面平均宽度的 5 倍。横隔虽可分配剪力和扭力,增强塔身刚度,但设置过多没有必要。计算发现,横隔与主材连接节点因汇交杆件较多,易产生不平衡力。参考国外铁塔隔面配置和规划院84塔设计经验,本塔除瓶口和塔身塔腿连接面设置横隔面外,整个塔身内未设置横隔。杆件受力比较均匀。根据本塔布置,塔腿隔面横材采用平行轴布置比最小轴受力小,腹材杆件少;重量较轻。
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