CN103821401B - 一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法 - Google Patents

Abstract

一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法，所述输电杆塔包括依次设置在所述高速铁路两侧的直线塔和耐张塔，所述输电杆塔通过导地线连接，所述设计方法为：通过折减所述直线塔的使用档距使所述直线塔的结构重要性系数不小于1.1；该设计方法满足跨越高铁输电线路杆塔设计的需要，提高了跨越高铁输电线路杆塔的结构重要性系数。

Description

一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法

技术领域

本发明涉及一种输电杆塔的设计方法，具体讲涉及一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法。

背景技术

为加强设计管理，全面推广国家电网公司标准化建设，输电线路杆塔的设计包括跨越高速铁路的输电线路一般均采用通用设计；并在通用设计数据库中选择合适的塔型；但是，110（66）～500kV输电线路通用设计修订时输电杆塔的目标可靠度较低，数据库中杆塔结构重要性系数为1.0，而跨越高铁杆塔安全等级按照一级设计，可靠指标不应低于3.7，结构重要性系数不应低于1.1；因此，使用的跨越高铁杆塔的实际荷载要比通用设计杆塔的设计荷载大10%；所以，通用设计数据库的杆塔系列不能直接应用于跨越高铁输电线路中，必须根据新的设计荷载重新验算或者采取措施提高杆塔的可靠度，使其结构重要性系数达到1.1，以满足跨越高铁输电线路杆塔设计的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法，该设计方法满足跨越高铁输电线路杆塔设计的需要，提高了跨越高铁输电线路杆塔的结构重要性系数。

本发明的具体方案为：一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法，所述输电杆塔包括依次设置在所述高速铁路两侧的直线塔和耐张塔，所述输电杆塔通过导地线连接，所述设计方法为：通过折减所述直线塔的使用档距使所述直线塔的结构重要性系数不小于1.1。

和最接近的技术方案比，本发明的优异效果是：

输电线路跨越高速铁路的杆塔可靠指标要求比同一线路的其余杆塔相对较高。通常情况下，需要重新设计跨越杆塔。本发明采用JC法计算可靠指标，根据可靠度校准结果，提出杆塔构件的基准可靠指标；采用折减档距的方式提高直线塔的可靠指标，满足输电线路跨越高速铁路的要求；采用比较杆塔荷载标准值的方式，直接从通用设计数据库中选择跨越高铁的塔型。与常用的杆塔设计方法相比，充分利用档距折减与可靠指标之间的关系以及直接比较荷载标准值的方式，选型直接在通用设计数据库中进行，设计过程更为简便易行，具有更好的适用性。

附图说明

图1是输电线路跨越高速铁路的示意图；

图2是本发明提供的直线塔的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，一种用于跨越高速铁路输电杆塔，所述输电杆塔包括依次设置在所述高速铁路10两侧的直线塔20和耐张塔30，所述输电杆塔之间通过导地线40连接；所述直线塔包含上下依次连接的塔头、塔身6和塔腿7，所述塔头由地线支架1、上横担2、中横担3、下横担4及塔身中柱5组成，所述上横担2、中横担3、下横担4自上而下排列，均垂直于塔身中柱5设置，并以塔身中柱5为轴线对称，所述地线支架1安装在上横担2的根部。

结构可靠度是对结构可靠性的定量描述，即结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率；国内外结构设计规范中通用的可靠指标计算方法是考虑随机变量概率分布的一次二阶矩法，又称JC法，当输电线路组成部分的功能函数为Z=R-S，且抗力R和荷载效应S均服从正态分布时，可靠指标可按下式计算：

$\mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{\μ}}_R-{\mathrm{\μ}}_S}{\sqrt{{\mathrm{\σ}}_R^2+{\mathrm{\σ}}_S^2}}---\left(a\right)$

式(a)中，为可靠指标，为抗力的平均值和标准差，荷载效应的平均值和标准差。

《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）规定：杆塔结构重要性系数，重要线路不应小于1.1，临时线路取0.9，其他线路取1.0；然而通用设计数据库中杆塔按普通线路设计，结构重要性系数为1.0。

《输电线路跨越（钻越）高速铁路技术导则》（Q/GDW1949-2013）规定：跨越高速铁路输电线路独立耐张段的安全等级按一级设计，杆塔构件的可靠指标不应小于3.7；杆塔结构重要性系数取1.1。

因此，跨越高铁输电线路在通用设计数据库中选择的杆塔型式不能直接使用，必须采取措施提高杆塔可靠度，使杆件结构重要性系数达到1.1的要求或者重新验算杆塔。

现结合具体实例介绍采用通用设计数据库中进行跨越高速铁路输电杆塔设计的过程；以附图1的跨越方案为例，选择通用设计数据库中某SZ1直线塔作为跨越高速铁路的塔型，该杆塔最高呼高42米，总高73米，最大设计风速29m/s，设计冰厚10mm，水平档距360m，最大垂直档距550m，如表1所示，依照公式(a)计算，通用设计数据库中的SZ1塔杆件结构重要性系数取1.0时，在大风及覆冰工况下的可靠指标分别为4.4427和4.3989；塔杆件结构重要性系数取1.1时，则在大风及覆冰工况下杆塔上作用的各项荷载均乘以1.1，依照公式(a)计算得可靠指标分别为4.7647和4.7730。可以看出，当杆件结构重要性系数不低于1.1时，大风为控制工况，此时杆塔可靠指标最低，即当杆塔的可靠度指标超过4.7647时，其杆件结构重要性系数满足1.1的要求。

表1杆塔的可靠指标

通过折减SZ1塔使用档距提高杆塔的可靠指标，根据公式（a）得出折减后的可靠指标，计算结果如表2；由于使用档距折减会使线路杆塔数量增加，从经济角度考虑，选择SZ1塔使用档距折减最小的方案，故当SZ1塔使用档距折减20%时，大风工况下杆塔的可靠指标达到4.8887，超过4.7647，因此，当SZ1杆塔用于跨越高铁的输电线路时，水平档距应折减20%使用，同时应重新计算导地线张力荷载，验算杆塔受力。

表2SZ1塔折减使用档距的可靠指标

如果当折减档距无法满足可靠指标的要求，根据通用设计数据库中SZ1的标准荷载表，计算新的杆塔荷载最大值，计算结果如表3。

表3SZ1塔的标准荷载

在SZ1塔塔型子模块内选择适合的塔型，选择方式为由小到大顺次替换（Ⅰ<Ⅱ<Ⅲ<Ⅳ型塔），因此首先考虑SZ2塔是否满足结构重要性系数1.1的要求，表4列出了SZ2塔的最大标准荷载值。

表4SZ2塔的最大标准荷载值

由表4可知，SZ2塔大风工况下最大水平荷载、覆冰工况下最大垂直荷载均超过SZ1塔的新荷载，只有纵向荷载小于后者。因此，当SZ1塔用于跨越高铁输电线路时，可以用SZ2塔直接替换，只需采用新的纵向荷载对通用设计数据库中的SZ2塔重新校验，进行杆塔局部补强即可满足结构重要性系数1.1。

Claims (1)

1.一种跨越高速铁路输电杆塔的设计方法，所述输电杆塔包括依次设置在所述高速铁路(10)两侧的直线塔(20)和耐张塔(30)，所述输电杆塔通过导地线(40)连接，所述设计方法为：通过折减所述直线塔的使用档距使所述直线塔的结构重要性系数不小于1.1；其特征在于，所述输电杆塔的设计方法为：

1)根据通用设计数据库选择直线塔的塔型；

2)所述直线塔的结构重要性系数取值不小于1.1，计算得出所述直线塔可靠指标最低值；

3)折减所述直线塔的使用档距使所述直线塔的可靠度指标不小于所述可靠指标最低值；

所述步骤2)中直线塔可靠指标最低值的计算方法为：

1)将所述直线塔的荷载与1.1相乘；

2)根据公式

得出所述直线塔的可靠指标最低值；式中，为可靠指标，为抗力的平均值和标准差，荷载效应的平均值和标准差；

当通过折减使用档距无法使所述直线塔的结构重要性系数不小于1.1时，替换所述直线塔的塔型，替换所述直线塔塔型的方法为：从通用设计数据库中相同子模块内由小至大选择替换的所述直线塔的塔型。