摘要：在社会经济飞速的发展下，输电线路的杆塔结构设计十分重要，新的发展趋势对以外杆塔设计的方案提出新的挑战，要求了在杆塔结构的设计发那个面必须寻求出新的突破。本文就结合作者实际工作经验，简要的分析电网输电杆塔塔材结构强度的优化设计，以供借鉴。
关键词：输电线路；杆塔；结构设计
前言：随着我国特高压电网的建设以及同塔多回线路、紧凑型线路、大截面导线等输电新技术的推广应用，输电线路杆塔大荷载、大型化的趋势愈发明显。“资源节约型、环境友好型”社会的建设、大电网的安全稳定性、气候变化复杂异常对杆塔结构的安全可靠性、经济性、环保性能等都提出了更高的要求，输电线路杆塔结构研究面临新的挑战。
1 杆塔设计的现状分析
杆塔结构是一种超静定结构，某一杆件破坏并不能确定整个结构破坏，只有当破坏的杆件达到一定数目时，杆塔不能再承受荷载，导致杆塔破坏。传统的满应力设计方法无法满足工程结构的这一特征。研究杆塔结构极限分析方法，确定杆塔结构的最大承载能力是必要的。
作用在杆塔上的荷载主要有永久荷载、可变荷载和特殊荷载。永久荷载包括杆塔自重荷载、导线、地线、绝缘子、金具的重力及其固定设备的重力，土压力和预应力等；可变荷载包括风荷载、导线、地线和绝缘子上的覆冰荷载，导线地线张力、人工和工具等附加荷载，事故荷载、安装荷载和验算荷载等；特殊荷载包括地震引起的地震荷载，以及在山区或特殊地形地段，由于不均匀结冰所引起的不平衡张力等荷载。目前对杆塔的动力学特性研究不深，而在设计过程中盲目地选取过大动力荷载影响因子。不仅增加了杆塔的重量，而且也不能避免由动态应力、应变引起的杆塔破坏。因此，研究杆塔结构的动力学特性是新型杆塔结构设计由静态设计走向动态设计的关键步骤。
2 输电线路杆塔结构优化的设计
2.1 输电线路杆塔结构优化的方法
输电线路杆塔结构优化的方法采用的是动态规划优化法，追求型式美、重量轻、加工时运输方便。动态规划优化法通常用于求解具有某种最优性质的问题。在这类问题中，可能会有许多可行解。每一个解都对应一个值，我们希望找到具有最优值的解，适合用于输电线路杆塔结构优化的设计。设计者可以从物理的概念着手，以美感、重量最轻为目的，结合相关的点算程序，用动态规划优化法对输电线路杆塔结构进行优化设计。尽量减小迎风面积和降低塔头的高度是优化输电线路杆塔结构的重要措施。
2.2 输电线路杆塔塔头形式的选择
（1）常见输电线路杆塔直线塔的塔头主要有猫头型、酒杯型和羊角型。猫头型和酒杯型适用于单回输电线路，羊角型适用于双回输电线路。
（2）输电线路杆塔还有转角塔，转角塔的计算受力比较大，塔头一般是干字型和鼓型，干字型适用于单回输电线路，鼓型塔适用于双回输电线路。
2.3 输电线路杆塔塔身断面型式
输电线路杆塔的直线塔塔身主要有两种断面形式，一种是矩形塔称为扁塔，还有一种为正方形塔称为方塔。扁塔的重量比方塔轻，但是抗纵向负载能力比方塔差且使用也没有方塔灵活。方塔的抗纵向负载能力和使用的灵活程度相比扁塔好，方形塔的断面塔头在顺线路的方向上还是有着比较强的刚度，断线的冲击以及串级倒塔的能力也相比扁塔强，虽然塔身比较重，但是综合考虑，采用正方形的输电线路杆塔塔身断面型式是最优的结构。
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2.4 输电线路杆塔传力路径优化
输电线路杆塔直线塔的传力路径优化主要是在塔身的上面位置布置 K 型的结构斜材，不仅能够防止输电线路杆塔的下部分的塔身斜材同时受压，还能够大大地减轻输电线路杆塔的重量。
3 我国输电线路杆塔结构的未来研究方向
3.1 设计理论体系
总体来看，我国输电线路铁塔结构设计理论较为传统，需要适应发展需求，形成完善的、更为先进的理论体系。常规的设计方法是以非线性结构分析理论为基础的，如何将结构分析的非线性理论、桁架结构极限设计的理论和方法等现代结构分析方法应用到输电铁塔设计中，需要进一步深入研究。在加工误差、初位移、初应力对杆件承载力的影响等方面，还缺乏深入研究和明确结论。需要继续研究导线与杆塔、杆塔与基础的相互作用，并在此基础上，研究导线、杆塔以及基础的一体化设计方法。
3.2 荷载取值
杆塔荷载的取值，目前偏重于与静力风荷载有关的几个关键参数的研究。对于动力风荷载的取值，还缺乏较为深入和系统的研究。对冰荷载的取值，由于线路地形复杂、幅员辽阔以及可供利用的气象资料较少，目前大多根据调查数据和工程经验来确定，尤其是微地形、微气象区域的冰荷载的取值，研究工作偏弱。对风、冰荷载组合以及与断线工况组合的取值，也需要加强研究。
3.3 节点构造计算方法
我国输电铁塔与国外的相比偏重偏大，除设计理念、材料性能等方面的因素外，节点构造上的差异也是重要原因之一。目前，对新材料、新性能节点的研究还不充分，节点构造对杆件承载力的影响还需进一步的研究。
3.4 设计计算软件
目前行业内采用的设计计算软件较为陈旧，很少将近年来一些新的研究成果和成功经验纳入其中，在设计方法上存在明显漏洞，如风振动力荷载的考虑和计算。设计时根据杆塔主要结构参数大致确定风振系数，通过不断循环的静力分析对杆塔进行选材，但结构的动力特性并没有经过往复校验。“数字化电网”是未来输电线路设计、运行和维护的必然发展趋势。在研究、摸清线路机械力学系统在各种气象和地理条件下的动力学行为的基础上，需要研究开发输电线路一体化设计软件平台。
3.5 新材料的应用研究
我国铁塔结构以热轧等肢角钢为主，构件型式单一，钢管构件的应用刚刚起步。在国外，钢管构件、不等边角钢、冷轧薄壁型钢、卷肢角钢等均有大量应用。铁塔材料强度低，我国普遍使用Q235和Q345两种钢材，国外受力大的杆件大都采用高强度钢材。目前国内刚刚进行Q420、Q460高强钢的研究及推广，但在实际运用中还存在一些问题，需要继续加强高强钢管塔、冷弯型钢塔的应用研究，同时也要开展复合材料在输电铁塔上的应用研究。
4 结束语：
总而言之，就社会发展进行分析，电力作为国民经济发展中的重要基础，是人民群众正常生产生活的重要保障。输电线路的杆塔作为整个电网线路支点，其重要性不言而喻。而作为电力设计人员，面对在实际工程中不断出现的各种各样新问题，应当在“两型一化、两型三新”方针的指引下，在基建战线贯彻落实科学发展观，因时制宜、因地制宜的找出解决方案，为进一步提高电网抗灾害能力、缩短输电线路恢复供电时间、减少灾害造成的经济损失提供强有力的技术保障，为构建和谐社会、保证人民群众正常的生产和生活秩序、实现社会的可持续发展贡献力量。
参考文献：
[1] 董会文，架空送电线路杆塔结构设计技术规定的理解应用与探索[J].西北电力技，2012
[2] 傅春蘅，高压输电线路铁塔结构设计几点分析[J].电力建设，2003
论文作者:凌晨光
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：杆塔论文; 荷载论文; 线路论文; 结构论文; 铁塔论文; 电网论文; 导线论文; 《电力设备》2018年第10期论文;