摘要：输电线路铁塔的结构设计方法的掌握是确保设计质量的关键。所以我们必须切实掌握其设计要点，并结合实际需要，切实加强对其的优化和完善，才能更好地采取优化措施，促进设计质量的提升与优化。因此，本文对输电线路铁塔结构设计优化进行了探讨。
关键词：输电线路铁塔；结构设计方法；优化措施
一、输电线路铁塔塔型设计
在有关架空输电线路铁塔内力的分析中，可将铁塔杆系节点作为铰接点。考虑到架空输电线路铁塔结构多在相对复杂的自然环境中运行，因此对铁塔塔型的规划必须兼顾技术和经济层面的合理性。根据输电线路工程导线型号、基本环境条件以及敷设路径情况选择基础塔型形式，基于铁塔所承受机械外负荷条件进行设计和计算，以确保铁塔结构稳定性、刚度、强度满足设计要求。除此以外，在输电线路铁塔塔型的选择设计上还应当考虑施工条件、施工技术以及运行便捷性等因素的影响。根据底部宽度，可以将输电线路铁塔设置为窄基铁塔和宽基铁塔两种类型。其中，窄基铁塔底部宽度与塔体高度的比值在 1/14～1/12 的范围内，宽基铁塔底部宽度与塔体高度的比值则在 1/6～1/4 的范围内。对于窄基铁塔而言，由于铁塔底部宽度较小，因此主材所受作用力较大，适用于小挡距塔的设计选型；对于宽基铁塔而言，由于铁塔底部宽度较大，因此主材所受力作用力较小，适用于大挡距（使用挡距在 100m 及以上）铁塔的设计选型。
二、设计方法
目前，我国在输电线路铁塔的结构设计方面已经取得了不小的成就，但是也存在一定的和不足。由于输电线路中，铁塔结构的设计是整个高压输电线路工程项目中的重点所在。常见的输电线路主要包含以下部件：①地线支架；②导线横担；③上下曲臂；④塔头立柱；⑤塔身；⑥塔腿、塔脚；⑦拉线等。将这些部件有机的结合在一起之后形成整体性的结构。若确定以下因素后：①电压等级；②气象条件；③导地线荷载；④呼称高；⑤塔头电气间隙圆。那么影响铁塔结构的因素就有：①铁塔杆件内力；②选材；③铁塔耗量指标。所以其核心的问题就在于如何对铁塔结构部件的几何尺寸进行合理的优化，以及对杆件结构的布置形式进行科学合理的确定。最终在降低结构杆件长度和面积的同时促进其稳定性与强度的提升，最终实现将塔材设计重量降到最轻的目的。常见的输电线路铁塔，若根据形状将其划分，主要有：①酒杯型；②上字型；③猫头型；④干字型；⑤桶型。若根据用途将其划分，其主要有：①耐张型；②直线型；③转角型；④换位型；⑤终端型；⑥跨越型。而就其结构特点来看，塔型为空间桁架结构，而杆件为单根等边角钢组成，亦或是由组合角钢组成。常见的材料主要有以下几种：①Q235（A3F）；②Q345（16Mn）。并利用粗制螺栓将杆件与杆件连接起来，利用螺栓受剪力进行连接时，输电线路铁塔包含了：①角钢；②连接钢板；③螺栓。但是也有个别的部件需要多块钢板焊接而成，所以其经过热镀锌防腐之后，能更加便于施工和运输。当输电线路铁塔的呼高低于60m时，选取其中的一根主材，并对其设置好脚钉，这样就能为登塔作业的实施提供便利。
三、铁塔结构设计优化
3.1 输电铁塔结构优化方法
育上析架的每根杆件都成为满应力，就成为“满应力”准则设计了。就优化的策略而言，满应力设计可以这样来理解对一个结构方案在各种工况下进行结构整体分析，得到它的内力分布，然后把结构拆开成为若干部分构件或子结构，根据各部的受力状态进行分部优化，修改各部分的设计变量，将各部分重新拼合得新的结构方案，这样就是一次循环或迭代。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆接着继续进行下一次的循环或迭代，直至收敛，也就是直至一前后相继的两次结构方案的变化足够微小，在预定的误差范围以内为止。最后应作一次结构分析，检验这个收敛的方案是否可行。
3.2酒杯型和猫头型塔优化设计
此类铁塔结构主要在超高压的输电线路的单回路中，属于自立式的直线铁塔。其三相导线中均是悬垂串挂线。猫头型与酒杯型塔输电线路铁塔比较，其塔头尺寸与线路走廊的宽度均要小，而线路走廊引发的赔偿费用较低，能有效的将线路电能和电晕的损失降到最低。但是其自身的高度较高，且耐雷性能不足，加上铁塔基础的作用力较大，以及单基的耗钢量较大。而就酒杯型塔输电线路铁塔的结构来看，由于其导线水平的排列，同前者相比，能有效的将铁塔自身的高度降低，而且其整体刚度较大，以及挠度变形较小，单基的耗钢量较小，不足就在于线间水平距离较宽。在对这些铁塔结构进行优化时，传统的做法主要是对塔身结构进行优化。而现代很多此类自力式的铁塔处于标注呼高之下，塔头所占的重量差不多为塔身重量的1/2，所以在注重塔身结构优化的同时还应注重塔头结构的优化。
3.3铁塔塔身横断面样式分析
一般来说，高压输电线路所用的直线型铁塔的塔身横断面样式，有长方形（即矩形）和正方形。直线型铁塔的水平荷载（即垂直于线路方向，平行于横担方向）大于其顺线路方向的纵向荷载，故此情况下的铁塔塔身横断面为长方形的样式是正确的。但其抗纵向荷载能力较差，而方塔抗纵向荷载能力强。因一般500kV电压等级的线路为主网电源点输出线路，其安全性、稳定性、重要性要求较高，故一般采用正方形横断面的铁塔塔身。
3.4铁塔塔身坡度优化
对有相同斜材形式的铁塔身部而言，能够对其主材和斜材产生直接作用的是塔身坡度的变化。坡度是由塔身高度、塔身瓶口宽度和塔脚根开这三个独立的变量确定的，即为（塔脚根开-塔身瓶口宽度）/塔身高度。当塔头形式和呼高确定后，塔身就是一定值，这时塔身坡度就由塔身瓶口宽度和塔脚根开来确定。塔脚根开与塔身瓶口宽度的差值越大，塔身坡度越大；塔脚根开与瓶口宽度的差值越小，相应的塔身坡度越小。在塔身变坡处宽度一定的情况下，塔身坡度的优化实际上就是铁塔根开的优化，铁塔根开的大小会控制塔身主材，进而影响整基塔的重量，同时还会对基础作用力的大小产生较大的影响。
3.5综合造价的优化设计
这种设计方式主要以输电线路综合造价最低为基本的目标，在设计的过程中不止考虑到铁塔用钢的经济性，也考虑占地青赔、基础造价，运维成本等来综合设计铁塔以提高整个输电线路的经济性，在山区等地质较好且不用考虑青赔的情况下，此时铁塔做掏挖基础会比较节省，如果基础作用力太大掏挖基础会难以胜任，可将坡度适当放大或将柱脚铰接来减少基础作用力，以期综合造价最省。而在建筑物密集的地区，大跟开铁塔，青赔费用会很高，此时设计窄基塔的优势就会比较明显。
四、结语
在最近几年，我国的电力行业不断发展，同时电力行业也成为了推动我国经济发展的一个非常重要的产业，但是在发展的过程中，我们也应该看到我国电力设施建设的过程中还需要采取相关的措施，不断的对其进行完善，输电铁塔是输电线路中的一个重要的组成部分，所以其设计的质量也直接影响到了输电线路的正常运行，所以塔杆的优化设计也应该受到相关人员的重视。
参考文献：
[1]梁树兰.关于输电线路铁塔结构设计的研究[J].黑龙江科技信息，2010（36）.
[2]李亚波.输电线路铁塔设计与投资分析[J].科技资讯，2008（06）.
论文作者:谭靖,罗君
论文发表刊物:《电力设备》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/13
标签：铁塔论文; 线路论文; 结构论文; 宽度论文; 坡度论文; 作用力论文; 荷载论文; 《电力设备》2017年第33期论文;