摘要：近年来，由于频繁遭受暴雨、冰雹、台风等自然灾害的侵袭，给整个电网带来了极大的损失，为全面提升输电线路安全运行水平和铁塔结构稳定性，进一步开展输电线路铁塔结构设计的研究和创新势在必行。鉴于此，本文就高压输电线路铁塔结构设计展开探讨，以期为相关工作起到参考作用。
关键词：输电线路 结构 设计
1、概述高压输电线路铁塔
输电线路铁塔简称电力铁塔，根据结构型式和受力特点，铁塔可分为拉线塔和自立塔两大类。按其形状一般分为：酒杯型、上字型、干字型等，按用途分有：耐张塔、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（随着电压等级的不断提高，Q390、Q420、Q460等高强钢也常在铁塔中使用），杆件间连接采用螺栓连接，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。
2、铁塔结构设计原则
为使铁塔在满足工程实际使用条件的前提下，满足塔重最轻、外型美观、运行维护方便等目的，首先得使铁塔在满足构造要求的前提下，结合外荷载特点使得铁塔各部件受力清晰、节点处理简单、布材满足其受力特点。铁塔设计应遵循“安全、合理、经济”的原则，主要体现在如下几点：（1）保证铁塔的强度、稳定性和必要的刚度以及今后的安全；（2）降低钢材耗量；（3）构件的布置合理、结构形式简洁，传力路线直接、简短、清晰.
3、铁塔结构优化设计的细节
1、铁塔的根开和瓶口的设计
塔身瓶口和根开取值与塔身坡度的改变紧密相关，其大小直接影响铁塔的整体刚度和塔重，所以铁塔坡度优化的关键就是选择最佳的瓶口和根开尺寸.因此，在给定的荷载条件下，存在一个合适的塔身上下口尺寸和坡度范围，在这一范围内，铁塔的材料耗量最低，由于上口受电气间隙的限制，可调整的范围不大，在满足电气间隙的条件下，小范围调整上口尺寸，较大范围的调整下口尺寸，对塔身坡度和根开进行了多方案组合优化，在保证铁塔具有足够的强度和刚度的条件下，优化出铁塔合理的坡度和根开。
以某工程的转角塔为例，从表可知，该塔最佳的塔身上口宽4.5m，对应其口宽下的铁塔双面坡度取值应为0.13左右时，耗钢指标较优。
表1 某工程口宽以及坡度优化比较结果
铁塔塔身主材的坡度一般控制在1/6~1/10范围内，铁塔的高度较高时，塔身的坡度可以沿身部按分段进行改变（也就是不仅仅是一种坡度），下段塔身坡度应比上段的坡度缓一些，塔腿段的坡度最缓，这样有利于整个铁塔的稳定、使基础的受力也有所减小。
2、节间计算长度的设计
当外荷载一定时，构件计算长度确定合适与否会严重影响其截面的选择，直接影响塔重。塔身主材节间布置的合理化，可充分发挥构件的承载潜能。结合斜材对水平面的夹角，并考虑到主材计算长度的因素，采取不等长节间，使主、斜材受力合理，各段主材受力程度均匀。最佳的构件计算长度就是构件的强度与稳定相当时的计算长度，相应长细比为主材最佳长细比。轴心受压的主材，其计算长度容易达到这个要求；但偏心受力的斜材在铁塔身部尺寸较大时，其距离也大，要斜材的强度与其稳定相当，则需增加较多的辅助材，且因构件增多，导致铁塔布置密集，增加了挡风面积，引起外荷载增加，导致铁塔重量反而加大，因此，偏心受力的斜材较难达到要求，须经过多次计算比对。通常情况下，一般角钢主材的长细比最佳值为40～50。
3、塔身隔面的设置
在塔身的变坡端布置好隔面，能够使塔身主材传递的扭矩得到有效平衡，结构的刚度也得到相应的保证，在塔身的坡段不变情况下，隔面布置的间距应当小于宽度的五倍，也应小于四个主材分段，隔面一定要是一个几何不变的架构。
4、节点构造设计
节点构造设计是铁塔设计的关键环节之一，其直接影响到铁塔各连接构件承载力设计值与实际承载力是否相符，只有把握和解决好这一环节，才能使铁塔更为经济、合理以及安全可靠，对整个线路长期稳定地运行有着重要意义。因此设计人员不光要加强总体的把握，还要着重于细节的处理。在铁塔设计中过程中，对节点连接遵循以下几点原则：（1）相互连接的构件夹角不宜太小，构件的负端距不宜过大；（2）塔身斜材与主材的连接，可采用多准线法，最大可能使斜材与主材直接连接，取消节点板；（3）尽量减少杆件偏心连接，降低偏心弯矩对杆件承载力的不利影响.
4、强化铁塔结构设计选型的具体措施
1、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，节点板用量较高也是主要的差距之一。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40kg。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。
2、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、加长杆件构造的长度，有效减少包铁连接的数量
铁塔杆件长度在以往会受到塔厂镀锌设备方面的制约，塔材需要多段进行连接，杆件长度通常不宜大于八米。但现在许多塔厂己更新换代，不断在改进，采取相对较大的镀锌锅，镀锌杆件能够达到十二米之长，为设计选取更加长的杆件提供了有利条件，这样有利于减少杆件包铁数量，能进一步使塔材耗量得到有效降低，从而节省一定的加工成本。
结束语
综上所述，在电力线路工程中，高压输电线路中的铁塔是重要组成部分之一，由于经济发展以及自然环境变化，要坚持因地制宜和因时制宜的原则，采取措施提高其设计水平，推动现代电力建设的规范化和不断发展。
参考文献：
[1]程伟强.高压输电线路设计相关技术问题分析[J].民营科技，2015(08):20.
论文作者:陈明华
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/19
标签：铁塔论文; 坡度论文; 节点论文; 主材论文; 螺栓论文; 构件论文; 刚度论文; 《基层建设》2018年第12期论文;