摘要：社会经济的发展离不开电力的支持；而随着社会方方面面对电能需求的逐年上涨，人们对电力系统供电的安全性与稳定性提出了更高的要求。电力杆塔结构体系的可靠度能够直接影响到输配电力的稳定性，因此探究其结构体系的可靠度具有重要的现实意义。本文在假定可变荷载参数、随机变量统计参数以及其余相关参数的前提下，对电力杆塔结构组成体系单元的可靠度进行全面分析与讨论，望借此为实际工作提供参考的依据，便于相关单位采取有效措施来提高电力杆塔结构体系的可靠度，确保电力供应的稳定性。
关键词：电力杆塔；结构体系；可靠度探究
引言
结构体系可靠度是衡量杆塔结构设计是否合理的一个重要标准。对于电力杆塔结构的荷载而言，主要可变荷载多代表风荷载，而分析电力杆塔结构体系可靠度就是研究可变荷载的影响；换而言之，探究电力杆塔结构体系可靠度就是风荷载作为可变荷载基础上的结构可靠度。基于此，本文以电力杆塔结构组成体系单元为基点，着重讨论结构体系失效模数，通过随机变量理论获取电力杆塔结构体系的失效概率，从而得出电力杆塔结构体系的可靠度。不仅如此，还根据本次探究的结果，从可靠度入手阐述提高电力杆塔抗风能力的有效措施。
1电力杆塔组成体系单元可靠度探究
探究电力杆塔组成体系单元可靠度相对比较简单。在电力杆塔结构单元设计表达式中，用到的基本随机变量通常有三个，其中包括：材料构件抗力、永久荷载效应以及可变荷载效应。计算这些基本随机变量的方差与平均值的时候，一般使用JC法，就能够获得组成结构体系单元的可靠度。
1.1随机变量统计参数
通过JC法计算电力杆塔结构构件可靠度的时候，需要提前获得基本随机变量的统计参数。结合有关资料数据来看，在结构构件基本随机变量统计参数中，构件材料抗力服从对数正太分布，其模比系数为1.14，变差系数为0.12；永久荷载效应服从极值I型分布，其模比系数为1.00，变差系数为0.19。其中，模比系数与变差系数都可以通过三个基本随机变量的方差与平均值计算而来。
1.2可变荷载有关参数
三个基本随机变量中的可变荷载效应，其统计参数通常和重现期存在一定关系。结合当前架空送电线路的施工规范设计来看，规定按照电压等级严格划分风荷载的重现期，以500kV为基准，超过基准，风荷载重现期则是五十年；低于基准，风荷载重现期则是三十年。为了进一步简化可靠度计算工序，笔者假定可变荷载效应计算过程中风荷载重现期取值为三十年，高度为十米，风速为三十五米每秒。
1.3有关参数假定
本次研究中导线的平均高度假定维持在33-48米之间，水平档距维持在300-700米之间，垂直档距假定为水平档距的1.1-1.4倍，导地线自重荷载与线条风荷载的比值最小为0.6，最大为1.3。结合这些基本参数，确定恰当的杆塔几何模型以及杆塔荷载效应比；接着，使用专门的计算公式获得变量的统计参数；最后，使用JC法计算出电力杆塔结构构件的可靠度。
2电力杆塔结构体系失效模式探究
众所周知，电力杆塔结构体系一般都是由多个不同的杆件共同构成的，因此结构构件的可靠度势必会影响整个结构体系的可靠度，但并不代表是绝对的。对于电力杆塔某个杆件来说，其控制工况是特定的，所以其失效模数也是唯一的；然而体格体系中通常有多个构件构成，且每个构件控制工况也存在一定的差别，因此，体系的失效模式就有很多种类，从而导致电力杆塔结构可靠度的计算十分复杂。为了简化计算工序，本次探究只分析荷载作用下，失效概率相对较大的一种结构体系失效模式。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
一般而言，杆塔主材是影响杆塔结构稳定性中最主要的因素。作为电力杆塔的主要支撑结构，主材若果受到严重破坏，就会破坏电力杆塔整体的传力体系，使得结构失效，无法发挥应有的作用。而从设计安全度的角度来看，主材不仅需要受到相关规范的限制而维持在特定范围内，而且和杆塔结构设计人员的基本理念密切关联。例如，主材设计应力比值能够定为90%，也能够定为100%，但轻微的差别都会影响到电力杆塔结构体系靠靠度。就当前实际状况而言，绝大多数设计院都会讲主材应力比设计在95%-100%之间，不存在过多的余度，和斜材或者辅助材比较来看，主材的设计安全度相对较低。基于此，探究结构体系的失效模式重点在于分析主材的失效模式。
作为一种空间桁架体系，电力杆塔结构拥有大量节间，同时不同节间主材受力的状况存在较大的差异，如果按照满应力设计法，就会导致主材含有大量接头，且规格众多，间接增加杆塔结构架设的难度，提高施工成本。为了更好的解决此类为题，当前一种比较有效的做法是将构造与接受力进行分段，通常情况下，一个耐张塔有4-6段，直线塔尤其是大呼高塔最多为10段。每一段主材使用相同的规格，这样就可近似认为其失效模式基本相同。基于此，电力杆塔结构体系的失效模式一般和呼高以及塔型存在一定的关联，需要结合实际状况进行具体讨论。
就当前实际状况而言，电力杆塔出现倒塌状况一般都是由强飓风或者台风造成的，其中塔型为直线塔的电力杆塔倒塌次数最多，受灾结构以主材最为严重，同时大多数电力杆塔出现倒塌多位于边坡处以下。以设计的角度出发，强风对直线塔的影响最为突出，尤其是处于塔头下方区域的主材，随着风荷载的不断增加，其受到的破坏不断加重。基于此，探究电力杆塔结构体系的失效模数，需要综合杆塔发生倒塌状况的主要特点，重点讨论发挥控制作用结构体系的失效模式。边坡处以下主材发生弯曲状况都可以视作是发挥控制作用结构体系的失效模式，换而言之，这种情况下，结构体系失效模式的数量等同于主材分段数。
3电力杆塔结构体系可靠度探究
杆塔结构属于高耸结构的范畴，在水平荷载的不断施压下会逐渐发生变形或者弯曲等状况，其形变特点和悬臂结构水平作用下形变特点十分相似。基于此，把杆塔主材分段后的各段当作是一个点，这样整个杆塔就是由上而下多个点串联在在一起，组成的一个体系。结合前文关于失效模数的讨论，可以知道研究电力杆塔结构体系可靠度实际上就是探究多个点串联组成体系的可靠度，因此，一般使用串联体系的窄界限法进行可靠度的计算。
结合相关计算公式以及收集的数据、信息与资料，就能够精确计算出电力杆塔结构体系的失效概率；结果显示，电力杆塔结构体系的失效概率与单个失效事件下的概率相比，要高出很多，但是却低于各个事件对应的失效概率累加之和要小。对电力杆塔结构体系失效概率的范围进行确定之后，就能够精确计算出电力杆塔结构体系在不同失效模式下实际的可靠度。
有关论述一定可变荷载与永久荷载比值下的电力杆塔结构体系可靠度文献资料中显示，当两者的比值为5时，电力杆塔结构体系的可靠度指标是2.9；随后，二者之间呈反比例关系；即比值越大，电力杆塔结构体系的可考度指标越小，而比值越大，则说明风荷载越大。除此之外，从可靠度的角度出发，风速越大，则表明可变荷载越大，结构可靠度越小，因此，为了进一步确保电力杆塔结构体系的可靠度，必须在架设电力杆塔的过程中采取必要的防风措施。
结束语
综上所述，由于电力杆塔结构体系可靠度是衡量电力杆塔结构是否合理、功能是否齐全的重要指标，因此需要引起相关部门的高度重视。笔者结合多年实际工作经验，以电力杆塔结构构件可靠度为基点，对电力杆塔结构体系的失效模数、失效概率以及可靠度进行详细分析。针对当前现状，笔者认为在部分高风速地带增加导地线设计风荷载是极其必要的。
参考文献
[1]王毅超. 风荷载作用下输电线路结构体系可靠度分析[D].西安科技大学,2017.
[2]王伟煌.电力杆塔结构体系可靠度分析研究[J].机电信息,2015(06):140-141.
[3]陈海波,廖宗高,肖洪伟.受风荷载控制的杆塔结构体系可靠度分析[J].电力建设,2007(07):40-42+45.
论文作者:李升响
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/12
标签：杆塔论文; 结构论文; 荷载论文; 体系论文; 电力论文; 可靠论文; 主材论文; 《电力设备》2018年第22期论文;