CN101555732B - 一种拉压主材型输电铁塔 - Google Patents

一种拉压主材型输电铁塔 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种拉压主材型输电铁塔，包括角内侧塔腿主材1、角外侧塔腿主材2、角内侧塔身主材3、角外侧塔身主材4、塔身斜材5、横隔材6、下导线横担7、中导线横担8、上导线横担9及地线支架10，其特征在于对角内侧塔腿主材1、角外侧塔腿主材2、角内侧塔身主材3和角外侧塔身主材4根据其实际的受力情况进行分别设计选材，减小了部分塔身主材的规格，减少塔身主材用钢量。

Description

一种拉压主材型输电铁塔
技术领域
本发明属于输电线路设计领域，特别涉及针对耐张型输电铁塔的结构进行设计的拉压主材型输电铁塔。
背景技术
在电力系统的输电线路领域，通常需要大量使用耐张型输电铁塔，现有的耐张型输电铁塔一般包括直线型铁塔、转角型铁塔及终端型铁塔。其中直线型铁塔的作用是将线路的直线部分分段以控制事故范围，其转角度数较小，其承受的不平衡张力较小；转角型铁塔位于线路的转角地点，具有耐张铁塔相同的作用和特点，在正常情况下，承受导线及地线向内角的合力。根据转角的大小的不同而不同，转角型铁塔一般分为转角30度、转角60度及转角90度三种型号；终端铁型铁塔位于线路的起止点，它同时允许线路转角，在正常情况下，其承受线路侧与架构侧的架空线不平衡张力，在事故情况下，其承受架空线的断线张力。
对转角型及终端型的耐张输电铁塔而言，输电铁塔承受较大的不平衡张力。目前无论何种结构形式的输电铁塔，其铁塔的主要受力构件塔身主材均为规格相同的对称布置。对承受较大不平衡张力的耐张型输电铁塔而言，塔身主材受力具有明显的不对称性，其中两根塔身主材承受的较大的压力，另外两根塔身主材则承受很小的压力，甚至运行过程中自始至终承受着拉力。钢结构构件当承受轴心压力时，则存在整体稳定及局部稳定的问题，当压力较大时，通常使得构件的选取规格较大；当钢结构构件承受轴心拉力时，则不存在整体稳定和局部稳定的问题，构件截面的选取通常由受拉强度控制，因此即使当构件承受拉力较大时，通常构件选取的规格较受压构件要小很多。针对承受较大不平衡张力的转角型及终端型的耐张输电铁塔而言，可以根据其实际的受力特点，对其拉压主材进行分别设计，可以避免输电铁塔四根主材均按受压侧主材进行控制选材的弊端，从而减小耐张型输电铁塔主材的规格，减少输电铁塔主材的用钢量。
发明内容
本发明针对耐张型输电铁塔的受力特点，提出了一种拉压主材型输电铁塔，包括角内侧塔腿主材1、角外侧塔腿主材2、角内侧塔身主材3、角外侧塔身主材4、塔身斜材5、横隔材6、下导线横担7、中导线横担8、上导线横担9及地线支架10等，其特征在于对角内侧塔腿主材1、角外侧塔腿主材2、角内侧塔身主材3和角外侧塔身主材4根据其实际的受力情况进行分别设计选材。
其中，在90度大风的控制工况下，对于转角型铁塔设所述最大风力沿铁塔两侧边导线的夹角平分线的水平方向，沿导线横担或支架由转角外侧吹向转角内侧，对于终端型铁塔设所述最大风力沿导线横担或支架方向吹入，分别对铁塔的下导线、中导线、上导线和地线挂点处的张力、风荷载及垂直荷载进行计算，并转化为各个导线和地线挂点的横向、纵向和垂直三向荷载，并计算大风对耐张铁塔整个塔身作用的风荷载，将上述三向荷载和塔身的风荷载叠加作为耐张铁塔的外荷载，在90度大风工况的外荷载作用下耐张铁塔的角内侧塔腿主材1和角内侧塔身主材3处于受压状态，采用满应力法(该满应力法参见《多塔高、多接腿送电铁塔满应力设计软件》(1985年)使用手册有详细的描述)按照主材受压稳定控制方法(该稳定控制方法参见《钢结构设计规范》GB 50017-2003)使用整体空间桁架法(在使用整体空间桁架法中，所有杆件视为两端铰接只受轴向力作用的杆单元)计算角内侧塔腿主材1和角内侧塔身主材3的压力值，从而对其进行截面选材，在90度大风工况的外荷载作用下耐张铁塔的角外侧塔腿主材2和角外侧塔身主材4处于受拉状态，采用满应力法按照主材受拉强度控制方法(该控制方法参见《钢结构设计规范》GB 50017-2003)使用整体空间桁架法计算角外侧塔腿主材2和角外侧塔身主材4的拉力值，从而对其进行截面选材。
其中，当耐张型输电铁塔承受90度反向风荷载作用时，角外侧塔腿主材2及角外侧塔身主材4所受拉力将减小，角内侧塔腿主材1及角内侧塔身主材3承受的压力也将减小，当耐张铁塔转角度数较小时可能出现反向的应力，最后在上述选材确定后再进行90度反向风力工况下的压力值和拉力值与选材是否匹配的验算，如果验算通过则不需要改变选材型号，如果验算不通过则需要根据反向风力工况下的受力情况改变选材型号。
耐张型输电铁塔如附图1所示，包括有角内侧塔腿主材1、角外侧塔腿主材2、角内侧塔身主材3、角外侧塔身主材4、塔身斜材5、横隔材6、下导线横担7、中导线横担8、上导线横担9及地线支架10；耐张型输电铁塔俯视图如附图2所示，其中11为角内侧导线、12为角外侧导线；拉压主材型耐张铁塔是将塔身及塔腿处主材根据其实际的受力特点进行设计选材，角内侧塔腿主材1与角外侧塔腿主材2、角内侧塔身主材3与角外侧塔身主材4按拉压分别进行设计，主材规格型号不同；一般而言，对于耐张型输电铁塔，90度大风工况为其塔身主材的控制工况，即最大风速沿导线横担(导线夹角平分线)方向由角外侧吹向角内侧，如附图2中箭头方向所示；90度大风工况下，分别对导地线的张力、风荷载及垂直荷载进行计算，并转化为导地线挂点的三向荷载，同时考虑大风对耐张铁塔整个塔身作用的风荷载，以上荷载作为耐张铁塔的外荷载；在90度大风外荷载作用下耐张铁塔角内侧塔腿主材1及角内侧塔身主材3处于受压状态，采用满应力法按照主材受压稳定控制对其进行截面选材；在90度大风外荷载作用下耐张铁塔角外侧塔腿主材2及角外侧塔身主材4处于受拉状态，采用满应力法按照主材受拉强度控制对其进行截面选材；当耐张型输电铁塔承受90度反向风荷载作用时，其角外侧塔腿主材1及角外侧塔身主材3所受拉力将所有减小，当耐张铁塔转角度数较小时甚至可能出现压应力，在90度大风工况下对耐张铁塔进行选材后，尚需进行90度反向风及其它工况下的验算。
现有输电铁塔塔身主材的选材，是根据其外荷载按照受压侧主材的受力进行选取，输电铁塔塔身主材规格相同；拉压主材型输电铁塔根据其受力特点，将输电铁塔主材分别进行设计，其中受压主材按照稳定控制选材，规格较大，受拉主材按照强度控制选材，规格相对较小；通过对塔身主材的优化设计进一步减小了输电铁塔主材的规格，减少了主材用钢量。
因此本发明的有益效果是对输电铁塔主材进行优化设计，根据其实际的受力大小进行选材，减小了部分塔身主材的规格，减少塔身主材用钢量。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为耐张型输电铁塔透视图，其中1为角内侧塔腿主材、2为角外侧塔腿主材、3为角内侧塔身主材、4为角外侧塔身主材、5为塔身斜材、6为横隔材、7为下导线横担、8为中导线横担、9为上导线横担、10为地线支架。
图2为耐张型输电铁塔俯视图，其中11为角内侧导线、12为角外侧导线，图中的箭头方向为大风吹过的方向。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的一个具体实例，输电铁塔按拉压主材分别进行设计。
某220kV双回路耐张型输电铁塔，如附图1所示，其设计条件为：导线型号LGJ-400/35，地线型号JLB40-150，水平档距500m，垂直档距750m，根开13.7m，转角度数60-90度，最大设计风速35m/s，呼高30m，中下相导线层高6.3m，上中相导线层高6.7m，地线支架高5m。90度大风荷载工况下，对导地线挂点荷载进行计算得出，上相导线前侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为88.37kN、67.94kN、16.36kN；上相导线后侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为83.95kN、-63.53kN、16.36kN；中相导线前侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为87.79kN、68.52kN、16.36kN；中相导线后侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为83.38kN、-64.10kN、16.36kN；下相导线前侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为87.16kN、69.15kN、16.36kN；下相导线后侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为82.74kN、-64.74kN、16.36kN；地线前侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为27.52kN、21.18kN、2.68kN；地线后侧横向、纵向及垂直三向荷载分别为27.52kN、-21.18kN、2.68kN。在90度大风荷载工况下，考虑塔身风荷载及导地线挂点荷载的共同作用，按整体空间桁架法对该耐张铁塔进行内力计算，以塔腿主材为例说明拉压型输电铁塔的设计选材；内侧塔腿主材1受压，压力值1712.19kN；外侧塔腿主材2受拉，拉力值1517.53kN。传统的设计方法是将内侧塔腿主材1及外侧塔腿主材2按照最不利受力状态进行设计，故内侧塔腿主材1及外侧塔腿主材2均按照压力1712.19kN进行选材计算，满应力设计内侧塔腿主材1及外侧塔腿主材2规格Q345L200×18；拉压主材型输电铁塔根据主材的实际受力特点，内侧塔腿主材1和外侧塔腿主材2分别进行设计，满应力设计内侧塔腿主材1规格Q345 L200×18，外侧塔腿主材2规格Q345 L200×14。90度反向大风工况下，对其进行设计校核；内侧塔腿主材1受压，压力值1368.65kN；外侧塔腿主材2受拉，拉力值1156.67kN；内侧塔腿主材1规格Q345 L200×18，外侧塔腿主材2规格Q345 L200×14，满足使用要求。传统耐张型输电铁塔，塔腿内侧塔腿主材1及外侧塔腿主材2规格均为Q345L200×18，长度10.817m(共四根)，重量2353.78kg；拉压主材型输电铁塔，塔腿内侧塔腿主材1规格为Q345 L200×18，外侧塔腿主材2规格均为Q345 L200×14，长度10.817m(各两根，共四根)，重量2104.99kg；拉压主材型输电铁塔塔腿主材较传统输电铁塔塔腿主材省材10.57％。
此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (2)

1.一种拉压主材型输电铁塔，包括角内侧塔腿主材(1)、角外侧塔腿主材(2)、角内侧塔身主材(3)、角外侧塔身主材(4)、塔身斜材(5)、横隔材(6)、下导线横担(7)、中导线横担(8)、上导线横担(9)及地线支架(10)，其特征在于对角内侧塔腿主材(1)、角外侧塔腿主材(2)、角内侧塔身主材(3)和角外侧塔身主材(4)根据其实际的受力情况进行分别设计选材，其中在90度大风控制工况下，对于转角型铁塔设所述最大风力沿铁塔两侧边导线的夹角平分线的水平方向，沿导线横担或支架由转角外侧吹向转角内侧，对于终端型铁塔设所述最大风力沿导线横担或支架方向吹入，分别对铁塔的下导线、中导线、上导线和地线挂点处的张力、风荷载及垂直荷载进行计算，并转化为各个导线和地线挂点的横向、纵向和垂直三向荷载，并计算大风对耐张铁塔整个塔身作用的风荷载，将上述三向荷载和塔身的风荷载叠加作为耐张铁塔的外荷载，在90度大风工况的外荷载作用下耐张铁塔的角内侧塔腿主材(1)和角内侧塔身主材(3)处于受压状态，采用满应力法按照主材受压稳定控制使用整体空间桁架法计算角内侧塔腿主材(1)和角内侧塔身主材(3)的压力值，从而对其进行截面选材，在90度大风工况的外荷载作用下耐张铁塔的角外侧塔腿主材(2)和角外侧塔身主材(4)处于受拉状态，采用满应力法按照主材受拉强度控制使用整体空间桁架法计算角外侧塔腿主材(2)和角外侧塔身主材(4)的拉力值，从而对其进行截面选材。
2.如权利要求1所述的拉压主材型输电铁塔，其特征在于当耐张型输电铁塔承受90度反向风荷载作用时，角外侧塔腿主材(2)及角外侧塔身主材(4)所受拉力将减小，角内侧塔腿主材(1)及角内侧塔身主材(3)承受的压力也将减小，当耐张铁塔转角度数较小时可能出现反向的应力，最后在上述选材确定后再进行90度反向风力工况下的压力值和拉力值与选材是否匹配的验算，如果验算通过则不需要改变选材型号，如果验算不通过则需要根据反向风力工况下的受力情况改变选材型号。
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