广东省电信规划设计院有限公司 510630
摘要：在输电线路铁塔结构设计的过程中，一定要严格执行国家的相关政策和规定，在设计的过程中要对其安全性和经济性以及我国的相关情况进行充分的考虑。本文主要分析了输电线路铁塔结构设计的现状和优化措施，以供参考和借鉴。
关键词：输电线路；铁塔结构；设计；现状；优化措施
引言
我国电网的建设越来越兴盛，所以在电力系统运行的过程中，架设高压或者超高压线路已经成为了一种必经之路，输电线路是电力系统运行过程中非常重要的一个组成部分，对我国工农业生产的发展都有着十分重要的意义，但是在高压电路施工的过程中还是会受到很多因素的影响，所以一定要根据实际的情况对设计的方案和图纸做出适当的调整，只有这样施工才能更加顺利的进行。
一、国内输电线路铁塔结构设计的现状
在我国高压输电线路的建设中，输电线路铁塔的设计与施工占据重要的地位，其一般由地线支架、导线横担、上、下曲臂或塔头立柱及塔身、塔腿或塔脚及拉线等部件组成。通过铰接组成一个整体。当电压等级、气象条件、导地线荷载、呼称高及塔头电气间隙圆确定之后，影响铁塔杆件内力、选材和铁塔耗量指标的主要因数是如何优化铁塔各部件的合理几何尺寸和杆件结构布置形式。使结构杆件长度最短、面积最小。并同时满足强度和稳定要求，达到塔材设计重量最轻的目的。
输电线路铁塔简称电力铁塔，按其形状一般分为：酒杯型、猫头型、上字型、干字型和桶型五种，按用途分有：耐张塔、直线塔、转角塔、换位塔（更换导线相位位置塔）、终端塔和跨越塔等，它们的结构特点是各种塔型均属空间桁架结构，杆件主要由单根等边角钢或组合角钢组成，材料一般使用 Q235（A3F）和 Q345（16Mn）两种，杆件间连接采用粗制螺栓，靠螺栓受剪力连接，整个塔由角钢、连接钢板和螺栓组成，个别部件如塔脚等由几块钢板焊接成一个组合件，因此热镀锌防腐、运输和施工架设极为方便。对于呼高在 60m 以下的输电线路铁塔，在的其中一根主材上设置脚钉，以方便施工作业人员登塔作业。
近年来，我国电力工程设计部门院先后在220KV、500KV 送电线路工程新的拉 V 型直线塔、酒杯型直线塔、双回路直线塔设计中：以结构重量最轻为目标，与满应力电算程序相结合，采用动态规划方法对铁塔各个部件的几何尺寸和结构布置同时进行了优化设计。同传统设计成果相比，单基指标均可节约钢材一吨左右，取得了较好的经济效益。任何结构受力分析表明：力的传递路线愈直接，或外荷载愈能被支承反力直接平衡，结构的重量就愈轻；选取合理的截面形状和刚度配置，将内力与位移的分布相对于材料的配置调整得愈是合理，结构的重量就愈轻；合理组合各种材料，结合结构的受力特性和几何形状，愈是能充分发挥不同材料的力学特性，结构的重量就愈轻。这些基本原理也是铁塔结构优化设计所遵循的基本原则。
二、电力铁塔结构设计优化的研究
1.结构设计优化内容
电力线路铁塔结构一般包括铁结构的尺寸和杆件布局，铁塔选用的材料和主要的外形结构。就比如铁塔塔身的坡度就会直接影响到铁塔的主要材料选择和材料的规格和大小。并且单回路和双回路也会对铁塔塔身的坡度造成一定的影响。而铁塔的根开对整基铁塔的重量和基础作用力的大小都起着很大的作用，据工程经验可知杆塔高度与根开之比一般小于 10，因为根开增大也会伴随着主材受力的下降，导致斜材和辅助材的尺寸增大，增加了结构布置的复杂性。
2.结构设计优化的方法研究
我国现行铁塔结构设计规范采用以概率理论为基础的，包括了承载力极限状态和正常使用极限状态的极限状态法。通过对铁塔极限承载状态的优化设计，来确保铁塔结构能够有足够的抗倾覆能力和承载，也确保了铁塔的抗疲劳性能和稳定性。而正常使用极限状态下需要考虑正常使用的变形，出现影响耐久性的局部裂缝、影响正常使用的振动等。因此需要对实际情况下的持久、短暂、偶然情况都进行综合的考虑设计。
三、强化铁塔结构设计选型的具体措施
在我国高压输电线路在建设初期，一般对地高度的裕度不是很大，铁塔的呼撑高通常都不是同类塔型中最高的，所以在设计中可直接选择塔型的更高者。但是在高压输电线路铁塔的设计中，结构设计选择如果存在不合理的现象，必然导致塔脚的根开增大，不利于铁塔的安全性与稳定性。另外，如果高压输电线路铁塔长期处于停电进行作业的状态，电网的安全可靠性就差。因此，问题的焦点就是如何强化路铁塔结构设计选型的具体措施。
1.改进水平材验算方法
水平材验算过去我们均按安装工况杆件内力叠加人重弯矩考虑。人为加大了杆件应力。参照近年来所搞国外工程的标书规定，本塔水平材验算仅考虑人重弯矩。不与其它荷载组合，一般受力杆件均能满足要求。我国新版《架空送电线路杆塔设计技术规定》DL/T 5154- 2002 也按此原则做了明确的规定。
2.杆件连接紧凑，减少节点板用量
我国塔材单基耗量与国外同类型塔相比，一般较重。除因压应力稳定计算公式和钢材的机械性能有所差别等因素外，节点板用量较高是一差距。节点构造设计改革目前已引起很多设计院的重视。ZB1_MV 塔在节点构造设计上做了一些工作，如上、下曲臂连接节点构造常规习惯用大板正、侧面连接。加之上、下曲臂内侧主材负端距较大，连接板上仍需设置加劲板和加劲角钢，增加其节点刚度。节点板单基耗量约 90kg；本塔上、下曲臂外侧主材直线布置，改为短角钢外包连接，可大大减小上、下曲臂内侧主材负端距，避免了各主材连接螺栓过于集中，达到节点连接更加紧凑、刚度增强，减小节点连板的目的，单基耗量 40 kg。另外还改进了直线塔地线支架和横担的相互连接方式，也减少了节点板面积。
提高螺栓强度等级。可减少螺栓数量，但效果并不明显，经验证，受孔壁挤压控制者较多。参考国外铁塔杆件连接方式，多螺栓连接的斜材杆件，一般与主材直接相连，不仅可减少连接板用量，主材与板的连接螺栓也随之减少，而且其螺栓抗剪强度和孔壁挤压强度取值均比我国要高。值得学习研究。
3.加长杆件构造长度，减少包铁连接数量
以前铁塔杆件长度受到塔厂镀锌设备的限制，杆件长度一般不超过 8m，塔材需多段连接。目前，很多塔厂已更新改进，采用较大的镀锌锅，镀锌杆件长度可达到 10～12m，为设计采用较长杆件创造了条件，可减少杆件包铁数量和减小因连接构造误差难免产生的不利影响，能进一步降低塔材耗量，节约加工成本。
四、结构优化
在铁塔的结构优化方面，现阶段主要有全概率设计法、概率理论设计法以及半概率半经验设计法三种。结构可靠度是结构可靠性的重要指标，属于定量描述，国际上用可靠指标β来表示，其计算公式如下：
我国在输电线路结构过程中，无论是设计参数还是设计方法，都符合同一时期内的民用与工业建筑，因此，行业特点在铁塔结构中表现得不太明显。从某个角度上说，建筑行业结构设计在很大程度上上影响着杆塔结构设计。当前我国铁塔结构设计主要依托于概率理论设计法，其中包含了承载力与正常使用的两种极限状态。在对铁塔结构进行设计的过程中，还常常会受到施工环境的影响，要对持久状态、短暂状态以及偶然状态进行分别考虑，都要进行承载力极限状态的测评，针对于持久状态，还需要对正常使用状态进行验证，而短暂状态可以以正常使用状态为依托完成设计。
五、结束语
输电线路铁塔基础选型及优化设计对于输电线路正常可靠运行有着直接的影响，针对铁塔建设工程中遇到的各种不良地质情况，需要采取不同措施进行处理，并根据不同的工程地质和水文地质条件，对不同的基础设计方案进行比选。
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论文作者:严德新
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/18
标签：铁塔论文; 线路论文; 结构论文; 结构设计论文; 螺栓论文; 节点论文; 状态论文; 《基层建设》2016年15期论文;