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摘要：针对送电线路钢管塔结构的发展与设计标准、结合钢管的结构特点，结构布置及构件选择，对钢管塔结构的受力分析与设计进行探讨。
关键词：送电钢管塔；结构特点；结构布置；构件选择
一、概况
钢管塔是主材用钢管构件，斜材用钢管或角钢或圆钢组成格构式输电塔的术语，是输电杆塔的结构型式之一。最常用的结构是主材和斜材都用钢管。其次是主材用钢管，斜材用角钢。国外也有塔身全用钢管，横担全用角钢。
国内在上世纪70年代，首先在220kV大跨越工程上采用了钢管塔，主材用钢管，斜材用圆钢拉条，取得了较好的技术经济效益。之后，在各电压等级的大跨越塔中大都采用钢管塔，但斜材也用钢管。因为斜材用圆钢要求施加初应力，这个初应力值施工难以精确控制。在一般线路上多回路塔、受力较大的塔以及考虑美观的塔也常选用钢管塔。近几年在特高压工程上大量采用了钢管塔。钢管塔的设计逐步规范化，最近出版了钢管塔设计技术规定。
国外美国、日本和欧洲对钢管结构有很多试验研究，在公共建筑上有很多应用如桁架、空间网架和网壳结构等。但是在输电线路上只有日本应用钢管塔较早也较广泛，早在上世纪80年代己出版了输电线路钢管制作标准，对钢管塔的连接件等作了标准化，对节点构造、节点受力分析也形成规定，对我们设计钢管塔有参考价值，尤其是对一般线路的钢管塔。
二 设计标准
110KV-750KV架空输电线路设计规范（GB50545-2010）
架空送电线路杆塔设计技术规定（DL/T5154-2002）
架空输电线路钢管塔设计技术规定（DL/T5254-2010）
输电线路钢管塔构造设计规定（Q/GDW 391-2009）
三 结构特点
1、钢管构件迥转半径大，承载力大；
格构式结构的杆件是承载轴向力，它的承载力与杆件断面的迥转半径有关。
以两个角钢组成的十字型断面为例：
构件2L160X12 Q345 L＝300cm；
迥转半径：Υ＝0.188x33.4＝6.28cm；
截面积：A＝2X37.38＝74.76；
细长比：λ＝300/6.28＝47.7；
压屈系数：Φ＝0.817；
承载力：N＝0.817X7476X310＝1893446N-1893KN；
如考虑弯扭：折算细长比：λ＝5.07X16/1.2＝67.7 Φ＝0.676＜0.817 承载力还要减少。
如用截面积相当的钢管D325X7.5；
迥转半径：Υ＝11.23；
截面积：A＝74.81CM；
细长比：λ＝300/11.23＝26.71；
压屈系数：Φ＝0.928；
承载力：N＝0.928X7481X310＝2152KN；
比值2152/1893＝1.137 钢管承载力高13.7％；
2钢管构件体型系数小，受风荷载小；
输电塔主要是承受风荷载，结构构件的体型系数是影响风荷载的主要因素。
仍以上述构件为例：
假设离地高10m风速30m/s。
组合角钢受的风压：
Ws＝30x30/1600x1.0x1.3x0.32x3x1.1＝0.772kn；
上述式中数值依次为基准风压标准值、风压高度变化系数、构件体型系数、构件受风面积、断面系数：
钢管构件的风压：
Ws＝30x30/1600x1.0x0.7X0.325x3x1.0＝0.384Kn；
比值0.384/0.772＝0.50，钢管构件风压小一半；
如果直线塔荷载按导地线风压与塔身风压各一半计算，对组合角钢塔0.5＋0.5＝1.0；
对钢管塔0.5＋0.5x0.5＝0.75；
作用在塔上的风压钢管塔小25％；
可见钢管构件的承载力较高，抗风性能较好。
钢管塔缺点：
不能像角钢那样在流水线上生产，因此每吨加工费比角钢塔高。
综合经济比较：上部结构造价差不多，而基础造价钢管塔要小些。而且塔的高度越高，钢管塔的优点越明显。
四、结构布置及构件选择
1、塔架杆件内力分析可视为铰接的条件；
在桁架平面内杆件的节间长度或杆件长度与截面直径之比对主杆不小于12，对支管不小于24。因此通常钢管塔的主材节间长度要取角钢塔的二倍左右才比较合理。
如果不满足要考虑节点刚性引起的杆端次弯矩影响，可按梁元分析进行校核。
主管：节点上贯通的杆件，通常称主材
支管：节点上其余杆件，通常称斜材
2、钢管杆件各向同性，通常不采用平行轴布置；
3、杆件载面型式选择；
A、塔身及横担的所有杆件除挂线点外均用钢管，是国内最常用的钢管塔。
B、塔身及横担的主材用钢管，斜材用角钢，国内直线塔及小转角塔有应用实例。
C、塔身及横担的主材用钢管，斜材用国钢，国内220kv及以下大跨越塔有应用实例。
D、塔身全材钢管，横担全用角钢，是日本一般线路钢管塔的常用型式。我国尚未见到应用实例。
4、钢管的微风振动
常用的对策是控制杆件的细长比，工程实践表明细长比控制在160以内尚未发生钢管杆件由于微风振动而损坏的现象。
目前也可按钢管塔设计技术规定进行校核。
5、材料：Q235、Q345、Q420。
五、输电线路钢管塔设计技术规定的重点
1、节间长度
当钢管塔主材的长径比不小于12、斜材的长径比不小于24时，可按照空间桁架铰接体系进行结构内力分析。否则，应考虑节点刚性引起的钢管次弯矩的不利影响。
2、约束条件
1、钢管塔构件计算长度的取用和约束条件按以下原则确定：
2、主材的计算长度按表1取用。
修正系数取值1）当0<Lo/r<120时，附表B.0.3之NO.1；
2）当120≤Lo/r≤220时，两端无约束，附表B.0.3之NO.4；
3）当120≤Lo/r≤231时，一端有约束，附表B.0.3之NO.5；
4）当120≤Lo/r≤242时，两端有约束，附表B.0.3之NO.6；
3、相贯焊接和十字板连接可视为有杆端约束，U型、T型或槽型插板连接平面内可视为有杆端约束，平面外可视为无杆端约束。
3、材质与壁厚
钢管的材质宜采用屈服强度 不超过345N/mm2以及屈强比 不大于0.8的钢材，其钢管壁厚宜不大于25mm。当有经验时，钢管也可采用Q390及以上强度等级或壁厚大于25mm的钢材。
综合所述，通过与常规铁塔、钢管杆线路的经济性对比，钢管塔线路的本体造价处于常规铁塔与钢管杆线路之间，约为钢管杆线路的75%，经济效益较好。我们应在设计中力求结构合理、布材简单、安全可靠、外形美观，提高输电线路的经济效益和社会效益，具有一定推广应用的价值。
论文作者:郭友为
论文发表刊物:《基层建设》2016年30期
论文发表时间:2017/2/22
标签：钢管论文; 构件论文; 角钢论文; 结构论文; 风压论文; 线路论文; 承载力论文; 《基层建设》2016年30期论文;