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1、输电线路结构设计要点,主要内容,一、 输电杆塔简介二、杆塔设计荷载三、杆塔结构设计四、杆塔基础设计,一、输电杆塔简介:,1.混凝土电杆简介： 单杆 双杆 带拉线双杆,混凝土电杆的应用范围：（1）混凝土单杆一般主要用于35110kV单回路直线杆。 依靠自身基础埋深维持稳定，承载较小。（2）混凝土双杆和带拉线双杆一般用于35110kV单回路承力（耐张、转角、终端）杆和220330kV单回路直线杆。 此类混凝土杆受力性能好，耗钢量少。,2.钢管杆,钢管杆按结构形式分为等径杆和锥形杆，按截面型式分为分为圆形、多边形。具有占地面积小，外形美观，施工方便快捷，塔材不易被盗的优点，缺点是耗钢量大。,铁塔按其
2、受力性质，分为悬垂型、耐张型杆塔。悬垂型杆塔分为悬垂直线和悬垂转角杆塔；耐张型杆塔分为耐张直线、转角和终端、换位等杆塔。杆塔按其回路数，分为单回路、双回路和多回路杆塔。单回路导线既可水平排列，也可三角排列或垂直排列，水平排列方式可降低杆塔高度，三角排列方式可减小线路走廊宽度；双回路和多回路杆塔导线可按垂直排列，必要时可考虑水平和垂直组合方式排列。,3. 铁塔型式：,1）单回路铁塔：,优点：a)、杆件受力、传力明确清晰，杆件受力最为优化；b)、三相导线位于同一水平线，塔重指标最优；c)、设计、加工、运行经验丰富。,酒杯型铁塔,猫头型铁塔,优点：a)、杆件受力、传力明确清晰，在110330电压等级
3、中应用广泛；b)、导线三角排列，线路走廊最窄；c)、设计、加工、运行经验丰富。缺点：中相抬高，导致铁塔弯矩增加，塔重较重。,上字形铁塔,一般用于低电压等级的直线、耐张塔。,常用直线拉线塔分为“拉门塔”、“拉V塔” 和“拉猫塔”。,拉V塔,拉门塔,拉猫塔,具有良好的整体稳定性，能承受较大的轴向压力。拉线能承受很大的拉力。拉线塔单基指标较轻，与自立塔相比可节省塔材约30%，在110500kV线路工程中有成熟的技术经验。拉线塔占地范围较大。山区易受地形限制，不宜使用拉线塔；在平原地区多为农田时，从占地角度也不宜使用拉线塔。运行管理方面存在不便之处，如拉线的防松问题等。目前除人烟稀少地区外，线路工程中
4、一般不推荐采用拉线塔。,特点： 干字型耐张塔具有结构紧凑，受力合理、结构处理成熟等优点，是国内外送电线路常用的转角塔型。,干字型耐张塔,2）双回路铁塔：鼓型直线及转角塔有良好的设计、施工和运行经验，其外形也与直线塔协调，一般双回路耐张塔均选用鼓型塔。,4.钢管塔,钢管塔一般用在高电压等级输电线路中，其型式和角钢塔类似。,杆塔使用原则：1、对不同类型杆塔的选用，应依据线路路径特点，按照安全可靠、经济合理、维护方便和有利于环境保护的原则进行。对于山区线路杆塔，应依据地形特点，配合高低基础，采用全方位长短腿结构型式。2、在平地和丘陵等便于运输和施工的非农田和非繁华地段，可因地制宜地采用拉线杆塔和钢筋
5、混凝土杆。3、对于线路走廊拆迁或清理费用高以及走廊狭窄的地带，宜采用导线三角形或垂直排列的杆塔，并考虑V型、Y型等绝缘子串使用的可能性，在满足安全性和经济性的基础上减小线路走廊宽度。非重冰区线路还宜结合远景规划，采用双回路或多回路杆塔；重冰区线路宜采用单回路导线水平排列的杆塔；城区或市郊线路可采用钢管杆。,二、杆塔设计荷载1.荷载分类永久荷载：导线及地线、绝缘子及其附件、杆塔结构、各种固定设备等的重力荷载、拉线或纤绳的初始张力、预应力等荷载。可变荷载：风和冰（雪）荷载；导线、地线及拉线的张力；安装检修的各种附加荷载、结构变形引起的次生荷载以及各种振动动力荷载。 杆塔荷载一般分解为：横向荷载、纵
6、向荷载和垂直荷载。2.荷载工况 各类杆塔均应计算线路正常运行情况、断线情况、不均匀覆冰情况、安装情况和验算工况下的荷载组合，必要时尚应验算地震等稀有情况下的荷载组合。,水平、垂直档距水平档距：杆塔两侧档距之和的算术平均值，表示有多长导线的水平荷载作用在杆塔上。垂直档距：计算杆塔两侧导线最低点之间的水平距离，表示有多长导线的垂直荷载作用在杆塔上。,正常运行工况, 适用于耐张塔 和终端塔, 考虑相应风速（10m/s、 -5 ）,900、600、 450、00风最小垂档、 最大垂档 两种组合,正常工况,基本风速、无冰、未断线的正常运行情况应和最大垂直荷载与最小垂直荷载分别组合。因为，工程实践计算分析
7、表明，铁塔的某些构件（例如部分V型串的横担构件或部分塔身侧面斜材）可能由最小垂直荷载组合控制。,断线工况,12规范按-5、 设计冰厚、无 风的条件考虑,断线工况,双回路杆塔为例：同一档内，断任意两根导线（或任意两相导线有不平衡张力）；断一根地线和任意一根导线（或一相导线有不平衡张力）。,双回路杆塔为例：同一档内，断任意两根导线（或任意两相有纵向不平衡张力）、地线未断；断任意一根地线和任意一根导线（或任意一相有纵向不平衡张力）。,断线工况均考虑同一档内断线（单导线）或有纵向不平衡张力（分裂导线）,断线工况组合,1、对导线水平排列的单回路耐张塔，某些杆件内力在边相作用一相导线断线张力（或不平衡张力
8、）时，可能比边、中相同时作用两相导线断线张力（或不平衡张力）的情况还要大，因此要求考虑作用一相或两相断线张力（或不平衡张力）的荷载组合。某些杆塔设计时，能够判断作用一相导线断线张力（或不平衡张力）不起控制作用时，可以只计算作用两相导线断线张力（或不平衡张力）的荷载组合，以简化计算。2、对双回路或多回路耐张杆塔，由于各工程的导线排列型式不尽相同，也可能存在类似情况，荷载组合时应作考虑。,断线张力取值,断线张力取值,垂直冰荷载取100设计覆冰荷载。,不均匀覆冰工况,所有导地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩,所有导地线同时不同向有不平衡张力，使杆塔承受最大扭矩,所有导地线同时同向有不平衡张
9、力，使杆塔承受最大弯矩,轻冰区,中重冰区,不平衡张力取值,1、表中不均匀覆冰的导、地线不平衡张力取值适用于档距550m、高差不超过15%，超过该条件时应按实际情况进行计算。2、垂直荷载按不小于75%设计覆冰荷载计算。,安装工况（直线塔）,锚线,1.导线及地线锚线作业时的作用荷载； 2.锚线对地夹角不大于20,安装工况（耐张塔）,耐张塔在锚导地线时， 相邻档内的导线及地线均按未架设考虑；耐张塔在紧导地线时， 相邻档内的导线及地线按已架设或未架设 两种情况考虑。,锚线、紧线时均允许考虑设置临拉线， 临时拉线对地夹角不应大于 45度，其方向与导、地线方向一致，临时拉线按平衡导线张力标准值 40kN
10、考虑时、地线张力标准值 5kN 考虑。,验算工况,TEXT,抗震验算,覆冰验算,脱冰跳跃,验算冰厚,验算不均匀冰,9度及以上各类杆塔,覆冰验算：各类杆塔的验算冰荷载情况，按验算冰厚、-5、10m/s风，所有导、地线同时同向有不平衡张力。脱冰跳跃：重覆冰线路各垂直档距系数（垂直档距与水平档距之比）小于0.8的杆塔，应按导、地线脱冰跳跃和不均匀覆冰时产生的上拔力校验导线横担和地线支架，导线上拔力取最大使用张力的510，地线上拔力可取最大使用张力的5。相邻塔位高差较大时，还应校验耐张型杆塔横担受扭情况。,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；特高压线路工程、
11、大跨越工程、高铁等重要交叉跨越时的结构重要性系数宜取1.1，安装工况取1.0。永久荷载分项系数，对结构受力有利时不大于1.0，不利时取1.2。可变荷载的分项系数，取1.4。,结构重要性系数,可变荷载组合值系数,荷载作用方向：1 一般情况，杆塔的横担轴线是垂直于线路方向中心线或线路转角的平分线。因此，横向荷载是沿横担轴线方向的荷载，纵向荷载是垂直于横担轴线方向的荷载，垂直荷载是垂直于地面方向的荷载。2 悬垂型杆塔基本风速工况，除了0风向和90风向的荷载工况外，45风向和60风向对杆塔控制杆件产生的效应很接近。因此，通常计算0、45及90三种风向的荷载工况。但是，对塔身为矩形截面或者特别高的杆塔等
12、结构，有时候可能由60风向控制。耐张型杆塔的基本风速工况，一般情况由90风向控制，但由于风速、塔高、塔型的影响，45风向有时也会控制塔身主材。对于耐张分支塔等特殊杆塔结构，还应根据实际情况判断其他风向控制构件的可能性。3 考虑到终端杆塔荷载的特点是不论转角范围大小，其前后档的张力一般相差较大。因此，规定终端杆塔还需计算基本风速的零度风向，其它风向（90度或45度）可根据实际塔位转角情况而定。,3.风荷载计算 杆塔设计基本风速的确定， 应按当地气象台、站 10min 时距平均的年最大风速为样本， 并宜采用极值型分布作为概率模型进行统计。 一般输电线路应取离地面10m高的平均风速； 大跨越应取离历
13、年大风季节平均最低水位10m高的平均风速；110330kV输电线路的基本风速，不宜低于23.5m/s；500750kV输电线路，基本风速不宜低于27m/s。,导、地线风荷载标准值,杆塔风荷载标准值,B：覆冰风荷载增大系数，如下表所示。,地线设计冰厚，除无冰区段外，应较导线增加 5mm 。大跨越设计冰厚，除无冰区段外，宜较附近一般输电线路的设计冰厚增加 5mm。,冰荷载:轻冰区一般按无冰、5mm、10mm设计，中冰区一般按15mm、20mm设计，重冰区一般按20mm、30mm、40mm、50mm等设计。 必要时还宜按稀有覆冰条件进行验算。,电线每米覆冰比载计算公式：,三、杆塔结构设计1、杆塔布置
14、1）呼高范围满足杆塔规划要求。2）根据线路地形规划高低腿或平腿。3）合理确定杆塔口宽及塔身坡度。直线塔110220kV线路塔身坡度约0.06，500kV以上约0.07。耐张塔110220kV线路塔身坡度约0.1，500kV以上约0.12。4）横担、曲臂、塔腿等夹角宜控制在18度以上。5）塔身交叉斜材和主材夹角宜控制在35度以上。6）横担开口尺寸满足金具要求。2、杆塔计算1）塔腿荷载水平力约为竖向力的1/101/5，合力与垂直线夹角约为1015度。2)上拔力约为下压力的0.7倍,基础在输电线路中的地位杆塔基础础工程施工工期约占整个工期的50%；运输量约占整个工程的60%；费用约占工程本体造价的2
15、535%（高电压等级），特殊条件下将占到50%。,四、杆塔基础设计,1.基础类型,大开挖回填类基础,大开挖基础适应地质条件广，施工方法简便，是目前工程设计中最为常用的基础型式。主要有柔性基础、刚性基础和联合式基础三种。柔性基础 柔性基础包括斜柱板式基础（简称斜柱基础）、直柱板式基础、斜柱台阶基础和直柱台阶基础。其中，斜柱基础在线路中常用。,斜柱柔板式基础,刚性基础 刚性基础一般用于地基承载力好、压缩性较小或需要利用基础重力来抵消结构上拔力的塔位。,直柱刚性基础,联合基础 联合基础埋深浅，底板宽，方便施工。当柔性板式基础位于流砂、软弱土塔位时，能利用底板宽度来解决上拔稳定、地基强度及不均匀沉降等
16、问题。,联合基础,开挖类基础容易出现的问题：,1、塔位环境变化：水位、边坡；2、回填土夯实程度不足：塌陷；3、回填土回填标高不够。,原状土基础,掏挖式基础以土代模，施工时直接将基础的钢筋骨架和混凝土浇入掏挖成型的土胎内。由于减少了对原状土的扰动，对植被破坏很小，能充分发挥地基土的承载性能，可大幅度的节约基础施工费用、缩短施工周期。,掏挖基础,直掏挖基础,直掏斜插基础,桩基础是一种深基础型式，包括钻孔灌注桩和人工挖孔桩两种基本型式。钻孔灌注桩后期质量稳定、承载力大。但施工工艺要求高、施工难度大，桩径一般在0.6m-1.8m左右。单桩难以适应较大的基础作用力，一般需要做成承台灌注桩，混凝土消耗较大
17、。,桩基础,人工挖孔桩最大桩径一般可以做到2.0m以上避免了出现多桩承台型式，同时成孔不需要大型的机械，受地形限制较小。一般在地形复杂、场地狭窄、高差较大，基础外露较高、基础负荷较大的塔位广泛使用。,单桩 单桩连梁,双桩承台 多桩承台,岩石基础适用于基岩顶部覆盖层较浅，基岩本身风化程度较低、完整性较好的塔位。岩石基础主要有岩石嵌固式基础和岩石锚杆基础两类。 岩石嵌固式基础充分利用岩石的抗剪能力,使地基与基础能更好地协同工作，因而承载力好、可大幅度地减少了材料用量，同时减少了基坑土石方量，混凝土浇制不需模板，施工费用较低。,岩石基础,岩石嵌固式基础,岩石锚杆基础,岩石锚杆基础 采用锚杆机钻孔，施
18、工基面小，充分利用了岩石自身的抗剪强度，基础承载力好。在降低了基础材料耗量的同时，减少了弃渣和土石方开方量，降低了对山区原始地貌的破坏，有利于植被及生态环境保护。,带翼板的掏挖基础,带翼板的人工挖孔桩基础,立柱上部翼板的存在增加了与水平外荷载方向相反的土抗力承压面积，有利于其抵抗水平荷载。因此翼板的使用，一方面减小了基础埋深，另一方面也减少了基础混凝土用量，减小了弃土方量，且具有较好的经济效益和社会效益。,带翼板的掏挖基础和人工挖孔桩基础,微型桩（俗称树根桩）是一种高效的基础型式。微型桩一般是直径为100-400mm的桩群。复合式微型桩常采用空间分布群桩形式，由一组垂直和倾斜的微型桩在三维空间
19、中按照网状相互连接，既有直桩也有斜桩，形成侧向受约束的桩土复合结构。,预制微型桩基础,预制微型桩,2.输电线路基础设计2.1开挖类基础设计2.2掏挖类基础设计2.3桩基础设计,基础设计需要考虑的内容,电杆、铁塔窄基础需要进行倾覆计算，宽基础主柱露出地面1米以上需要进行计算。,自立式铁塔开挖类基础上拔稳定土重法,上拔稳定剪切法,当hthc时,当hthc时,基础附加分项系数,拉线塔基础上拔稳定,基础下压计算,地基变形计算,某有特殊变形要求的杆塔基础，基础的最大倾斜率应满足下表要求些：,基础倾覆稳定计算：电杆、铁塔窄基础需要进行倾覆计算，宽基础主柱露出地面1米以上需要进行计算。,3.基础材料3.1混
20、凝土3.2钢筋3.3地脚螺栓,根据混凝土设计规范（GB 50010-2010）第4.1.2条文“素混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C15；钢筋混凝土结构的混凝土强度等级不应低于C20；采用强度等级400MPa及以上的钢筋时，混凝土强度等级不应低于C25。” 有防腐要求的需要根据腐蚀等级按照工业建筑防腐规范执行,3.1混凝土,3.2钢筋,混凝土设计规范（GB 50010-2010）中提到“推广400MPa、500MPa级高强热轧带肋钢筋作为纵向受力的主导钢筋；限制并准备逐步淘汰335MPa级热轧带肋钢筋的应用；用300MPa级光圆钢筋取代235MPa级光圆钢筋”。HRB400钢筋的优点： 强度
21、高、安全储备大 机械性能好 焊接性能好 抗震性能好 规格齐全，使用范围广HRB400钢筋的制约因素： 裂缝控制 最小配筋率 由于输电线路工程铁塔的工作环境类别的限制，基础采用HRB400钢筋时，由于裂缝宽度控制，并不能充分发挥其强度。,地脚螺栓材质主要有Q235钢、Q345钢、35#优质碳素钢、45#优质碳素钢、40Cr合金结构钢、42CrMo合金结构钢。,40Cr合金结构钢和42CrMo合金结构钢的抗拉强度设计值分别达到了260N/mm2和310N/mm2，是35#钢的1.37和1.63倍。,3.3地脚螺栓,4.特殊地址地区基础设计方案4.1湿陷性黄土区4.2盐渍土区4.3液化地区4.4陡峭
22、山区,66,，,1、位于山坡、山梁、山顶等位置的杆塔，由于自然排水好，一般不易在塔位形成积水情况，地基受水侵蚀的可能较小，故一般不必做灰土垫层。,2、位于台阶地杆塔,无水不必做灰土垫层,汇水塔位垫层,4.1湿陷性黄土地区,3、位于平地汇水杆塔,4.2盐渍土地区,按照混凝土结构设计规范（GB50010-2010）、工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046-2008）和混凝土结构耐久性设计规范（GB50476-2008）等标准要求：弱腐蚀地区基础混凝土强度等级C30，最大水胶比0.5，最小水泥用量300kg/m3；中等腐蚀地区基础混凝土强度等级C35，最大水胶比0.4，最小水泥用量320kg/m3；
23、强腐蚀地区基础混凝土强度等级C40，最大水胶比0.36，最小水泥用量340kg/m3。,液化地区地基基础设计方案1、换填法2、加密法3、桩基穿透法4、围封法5、排水法6、上覆压重法,4.3液化土层,70,对于陡峭山区塔位，因地制宜的采用岩石基础、掏挖基础、带斜柱掏挖基础、人工挖孔桩基础。 铁塔全方位长短腿与不等高基础的配合使用，有效地解决了前期工程中常出现的小“簸箕”问题，做到少开或不开基面，达到近乎完美的最佳效果。因此工程中在坡度3040时，铁塔设计的最大极差已能完全适应地形，通过铁塔长短腿与不等高基础的配合使用即可实现铁塔与地形的完全吻合。,4.4陡峭山区,等长腿铁塔配等高基础方案 等长腿铁塔配深浅基础方案 长短腿铁塔配等高基础方案 全方位长短腿铁塔和高低主柱基础相配合使用方案,
