《输电杆塔设计》课程设计.doc

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1、输电线路工程专业输电杆塔设计课程设计设计说明书题目：110KV普通自立式钢筋 混凝土单杆电杆设计 输电杆塔设计课程设计任务书一、课程设计的目的：输电杆塔设计课程是输电线路工程重要的专业课之一,输电杆塔课程设计是本门课程教学环节中的重要组成部分。通过课程设计,使学生能系统学习和掌握本门课程中所学的内容,并且能将其它有关先修课程,如材料力学、结构力学、线路设计基础、钢筋混凝土设计基础、电气技术等理论知识在实际的设计工作中得以综合地运用；通过课程设计,能使学生熟悉并掌握如何应用有关资料、手册、规范等,从设计中获得一个工程技术人员设计方面的基本技能；课程设计也是培养和提高学生独立思考、分析工程实际问题

2、和解决问题能力的重要手段。二、设计题目：110kV-单杆直线电杆设计(拉线式)三、设计参数：电压等级：110kV避雷线型号：GJ一35电杆锥度：1/75电杆根部埋深：3m顶 径：270mm气象条件：级绝缘子：7片一4.5地质条件：土壤类型 可塑粘性土 ；容重 16 ；抗剪角_ 30_ ；被动土压系数 48_ 。设计参数表格参数学生姓名导线型号水平档距（m）垂直档距（m）避雷线支持力TmaxTmin田维LGJ150/2525537545504450一 整理设计用相关数据1. 由于线路经过典型气象区，则查表将数据填入表1（气象条件表）。表1.气象条件表气象项目最高气温最低气温最大风覆冰有风安装有风

3、年均气温气温（）+40-20-5-5-10+10风速（m/s）002510100冰厚（mm）0005002. 电杆荷载组合情况。表2：电杆荷载组合情况表荷载类型垂直荷载横向水平荷载纵向水平荷载荷载组合项目l 导、地线、绝缘子串、金具重力荷l 电杆自重荷载l 安装时工人、工具重力荷载l 导、地线、绝缘子串和金具风压l 电杆本身风载l 转角电杆上导线及地线角度力l 导、地线不平衡张力l 断线时对电杆产生的支持力l 导线安装时的紧线张力3. 确定导线LGJ-150/25的相关参数，列于下表3中。表3.导线LGJ-150/25参数表截面积A(mm2)导线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(

4、1/C)计算拉断力(N)计算质量(Kg/km)抗拉强度MPa安全系数K许用应力Mpa年均应力上限MPa173.1117.107600018.910-654110601.0296.952.5118.7874.244. 地线GJ-35的相关参数列于下表4中。表4.地线GJ-35的相关参数计算截面积（）计算直径（mm）极限强度()最大拉断力(N)最小拉断力(N)重量(kg/km)37.27.811761372470046003005.绝缘子相关参数（表5）表5.绝缘子相关参数型号主要尺寸（mm）工频电压KV r.m.s不小于雷电全波冲击电压KV peak不小于抗张机械负荷（KN）重量（kg）结构高度

5、H盘径D公称爬电距离L连接形式标记干闪络湿闪络1min湿耐受击穿50%闪络耐受例行试验1h机电试验机电破坏不小于X-4.5146254285168045401101201003645605.06.线路金具选配表表6.线路金具选配表名称质量(kg)数量型号(长度mm)挂板0.561Z-7（60）球头挂环0.271QP-7（50）绝缘子5.07X-4.5（146）悬垂线夹2.01CGU-3（118）预绞丝0.71FYH-150/25绝缘子串长度1250mm绝缘子串重量38.53kg7. 电杆结构及材料（1）设计用混泥土强度为C30，纵向钢筋采用光面钢筋，螺旋钢筋采用，螺距为100mm。（2）基础配

6、置上、下卡盘及底盘，卡盘规格为0.80.30.2，底盘规格为1.01.00.21。8. 地质条件安B类地区设计风速土壤类型_ 可塑粘性土_;容重_16_;抗剪角_30_;被动土压系数_48_ .二 导线和地线相关计算及最大弧垂的判定1.导线比载计算（单位：MPa/m）（1）自重比载（2）冰重比载（3）垂直总比载 （4）无冰风压比载假设风向垂直于线路方向可以得出下式： 外过有风（） 内过电压（） 最大风，设计强度时（） 最大风，设计风偏时（）(5)覆冰风压比载（） (6)无冰综合比载 公式： 外过有风： 内过电压： 最大风，设计强度时： 最大风，设计风偏时：(7)覆冰综合比载 2.将计算的导线比

7、载结果汇成下表7（单位：）表7.导线比载汇总表强度340517.7051.7536.08=0.85,=1.125.89=0.61,=1.111.74=1.0,=1.149.6153.063.计算比值，将计算的结果列入下表8中：（单位1/m）表8.可能的应力控制条件气象条件最大风覆冰有风最低温年均温许用用力 (Mpa)118.78118.78118.7874.24比载()4961待添加的隐藏文字内容253.0634053405温度C-55-2010比值0.41760.44670.28660.4586编号bcad4.计算临界档距，利用列表法（表9）气象条件abcd临界档距(m)Lab=269.40

8、22Lac=238.8215Lad 不存在Lbc不存在lbd不存在Lcd不存在5.由此得出年均温为控制气象条件6.最大弧垂判定当档距为 255时，控制条件为：年均气温比载= 0.03405,应力 = 74.24,温度t = 10临界气温tj = 18度，最大弧垂发生在最高气温状态：= 36.90Mpa则：最大弧垂7.地线比载计算 计算步骤同导线比载计算相同，将数据填入下表10.(地线截面积A=37.2mm2 地线直径d=7.8mm)表10.地线比载表（单位：）项目安装外过强度风偏数据（）79.0947.70126.7915.7315.7383.5459.95项目安装外过强度风偏数据（）35.8

9、980.6480.64115.0499.24131.77三 电杆外形尺寸确定1. 电杆总高计算 电杆的总高度与档距、地理条件、电压等级、气候及电气等因素有关。电杆总高等于呼称高度加上导线间的垂直距离和避雷线支架高度、基础埋深。(1)电杆呼称高度 电杆下横担的下线边缘线到地面垂直距离H称为电杆的呼称高度，由悬垂绝缘子串长度、导线最大弧垂、导线到地面及被跨越物安全距离及施工裕量h组成，即110KV电杆采用7片X-4.5绝缘子，导线弧垂为6.5m, 电杆按居民区设计偏安全，设计导线到地面垂直距离为7.0m,200m300m档距施工裕度为0.6m。 因此，电杆设计呼高H=16.35m,选取呼高为18m

10、。(2)导线间的垂直距离单回线路两相导线水平排列线间距，规程规定：导线间的水平线间距，可根据运行经验确定，1000m以下档距计算式为在覆冰较少地区，规程推荐垂直线间距宜采用水平线间距的75%即 计算得： 则：设计导线间水平距离为5.0m，设计导线间垂直距离为4.0m。(3)地线支架高度设计110KV线路采用防雷保护角，取地线支架向右侧偏移0.3m,避雷线支架高度为h，则地线对下横担左侧导线防雷保护为控制条件，由防雷条件： 求的 h=2.26m, 选取避雷线支架高度为3.0m。 电杆总高由地线支架高度、导线间垂直距离、杆塔呼称高度、埋深这几部分组成。 综上，电杆设计总高H=3.0+4.0+18+

11、3.0=28m.2. 横担长度计算由以上计算出两相导线水平间距，可选取下横担长度为5m,上下导线垂直间距为4m,上下导线水平偏移距离0.6m,上横担长度为1.9m。3. 电杆外形尺寸校验(1)上下导线垂直线间距的校验。由表3-10得最小垂直线间距为3.5m, 小于实际线间距4.0m，合格。(2)上下导线水平偏移校验。由表3-11得规程规定水平偏移距离为0.5m,小于实际上下导线水平偏移距离0.6 m,合格。(3)档距中央导线与地线间距离校验。规程规定在雷电过电压气象条件下：气温，无风。应保证档距中央导线与地线间距满足：雷电过电压气象条件下导线弧垂为4.11m, 地线弧垂可忽略。则：即档距中央导

12、线与地线间距离符合要求。(4)带电作业上人检修安全距离校验。带电作业校验气象条件为：风速V=10m/s,气温15,人体活动范围0.30.5m，110KV校验间隙为1.0m,通过间隙圆校验，安全。(5)间隙圆校核。级气象区三种气象条件风速：正常运行情况v=25m/s,操作过电压v=15m/s,雷电过电压v=10m/s。三种气象条件下绝缘子串风荷载： 绝缘子风荷载公式：因则三种气象条件下导线风荷载为： 导线风荷载公式： 导线重力荷载三种气象条件下绝缘子串风偏角： 公式：. 规程给出的最小空气间隙为：.根据，用一定比例制作间隙圆校验图，三种气象条件下间隙校验合格。四 电杆荷载计算1运行情况1：直线杆

13、塔第一种荷载组合情况为最大设计风速、无冰、未断线。级气象区，从规程中查得： 地线重力为 地线风压为 导线重力为 绝缘子串风荷载：绝缘子串数，每串绝缘子片数，单裙一片绝缘子挡风面积，绝缘子串高度为13.5m,查表得风压高度变化系数，则 导线风压为 2.运行情况2：直线杆塔的第二种荷载组合为覆冰、有相应风速、未断线。 设计冰厚为5mm ,覆冰系数取K=1.075,则地线重力为下图（a）（b）分别为正常运行情况1和2的荷载图。3. 断导线情况1、2：断一根导线的荷载组合为无风、无冰。下图（c）、（d）为断上下导线的荷载图。4. 断地线情况：断地线荷载组合情况为无冰、无风、导线未断。下图（e）为断地线

14、荷载图。5. 安装情况1：起吊上导线，荷载组合情况为有相应风、无冰。 挂上导线时，导线越过下横担须向外拉开，其拉力与水平线的夹角为，并假定上、下横担间导线水平拉出1.3m。下图（f）为起吊上导线时的荷载图。6. 安装情况2：起吊下导线。 地线、导线的重力和风压同安装情况1所述。正在起吊下导线时下横担处的总重力为下图（ g)为起吊下导线时的荷载图。7. 杆身风压计算。根据已知条件：风压高度变化系数取，构件体形系数取，电杆风荷载调整系数取。正常情况大风时上横担处单位长度杆身风压为五. 电杆杆柱的强度验算及配筋计算1. 配筋及抵抗弯矩计算初选嵌固点处配置光面级纵向钢筋，；C30的混凝土；断外面直径查

15、附表9得计算可知： 锥形电杆通常在满足外弯矩的条件下，可逐段减少主筋，技术术语称抽筋（通常每隔数米减少两根主筋）其它各段的抵抗弯矩见下表，电杆抵抗弯矩图及各段配筋如附图4。抵抗弯矩DdA25704708164026048160.280.2523255304307536024043000.280.2519484903906908022040200.280.24158114503506280020036180.280.241301342332358561186.532160.270.24110153962965432217328140.260.2492173702705024016024120.2

16、50.2372232901903768012020100.240.23432.拉线的计算（见教材图519）设计电杆外径400mm，内径300mm。四根拉线采用对称布置，拉线点在下横担处，设计拉线与横担的水平夹角 40 ，与地面的夹角60，拉线长度L13.5/sin6015.6m，在地面上投影b1Lcos607.8m，电杆埋深3m，拉线盘埋深2.5m。拉线的受力计算主要由正常情况的荷载和挠度控制。正常情况下拉线的受力取最大风速情况计算，此时P98.44（N/m） 断上导线时的受力其受力为 其中 选择拉线截面 选取拉线177.8 1570。2.正常情况下电杆弯矩计算.运行情况1（大风）杆头荷载如附

17、图3, 拉线点以上部分（截面0，1，2，）处的弯矩计算： （2）运行情况2（覆冰）运行情况2的计算方法同上，因为为非重冰区，故不是控制条件，计算略去。3.断导线情况时的弯矩计算断上导线情况因断上导线对杆身产生的弯矩比断下导线要大得多（即断上导线起着控制作用），故只计算断上导线时杆柱的弯矩。首先计算断导线时的设计荷载。断导线张力为（2). 地线不平衡张力引起的弯矩 因为电杆在嵌固点的弯矩最大，故只计算此点的弯矩为4.电杆安装时强度验算1)安装上导线各处的弯矩2)安装下导线时各处的弯矩安装时产生的最大弯矩M1=14967 N.m，M2=21784 N.m 均在抵抗弯矩包络图内，故安全。5.杆柱弯扭

18、验算 上字型无拉线单杆直线电杆转动横担启动力为2500N，横担长度为2.5m，故上导线短线，横担转动时主杆同时承受弯矩，剪力和扭矩的作用，剪力V=2500N ,扭矩T=25002.5=6250N。电杆外径D=400mm，内径d=300mm,C30的混凝土，则全部应力可由混泥土承担，螺旋钢筋可仅按构造要求配置。6.正常情况时的裂缝宽度验算 嵌固点处配置18光面级纵向钢筋。采用级螺旋钢筋，螺距为S=100mm。（1）. 验算裂缝宽度应采用弯矩标准值（即荷载标准值引起的弯矩）7.电杆组立时的强度验算 对电杆除了要进行各种工作状态下的强度和抗裂计算外，还应根据实际组立的起吊方法进行起吊强度验算。下面以

19、该电杆为例，按人字抱杆单点起吊法进行强度验算。 1.已知上横担B点的集中荷载为上横担和绝缘子串的重量，估计为900N,作用在下横担C点的集中荷载为2000N；整根电杆自重为35000N,为计算方便并偏安全设计，将锥形电杆的自重按照等径电杆均布荷载计算，即电杆每米重量(1). 支点反力（见下图） 根据求出的各点弯矩和零点弯矩的位置，画出弯矩图，如下图所示。从弯矩图可以看出，虽然安装引起的弯矩大于正常大风情况的弯矩，但仍然小于电杆的抵抗弯矩，安全。2.以下横担C点为起吊点计算方法同上，剪力及弯矩图如下图。六.电杆基础选型及强度校验 (1) 抗倾覆稳定验算。基础的计算宽度为电杆埋深为，电杆腿部外径

20、=2)计算。水平荷载合力为，等效作用点高度为，抗倾覆基础稳定验算。查表得基础附加分项系数，则加上下卡盘后抗倾覆稳定验算。设卡盘位置为，并选择卡盘截面为求。 计算E。其计算式为计算基础的极限倾覆力为 计算上下卡盘的抗倾覆力Pk为计算卡盘长度。卡盘的截面尺寸为，则卡盘实际长度为 选择上卡盘规格为。基础抗压强度校验。1)抗压承载力的计算规格：a b t1（m m m）=0.8 0.8 0.18基础上部结构传至基础的竖向压力设计值包括电杆自重、导地线绝缘子及金具的重量，估计为35000N基础自重及土石方重量约为28.4kN,地盘底面压应力为底盘强度计算将基础底部的压应力看做底盘底面积的均布荷载，即底盘

21、配筋选用10级钢筋，钢筋面积为，故基础底盘选配符合要求。所以，选用规格：a b t1（m m m）=0.8 0.8 0.18的底盘且底盘配筋选用10级钢筋是安全的。上拔基础的计算包括拉线盘上拔稳定，水平方向稳定及拉线盘强度验算拉线盘规格：0.30.60.2基本参数2）上拔稳定计算上拔深度为：=3.0-0.3=2.7m临界深度：b/a=2m3mD=0.6(b+a)=0.54m=1.5D=0.81m抗拔土的体积：水平稳定验算被动土抗力为：由垂直分力产生水平抗力为水平验算合格七.课程设计总结经过一周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对输电杆塔及基础设计这门课程所学知识

22、的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。 总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所

23、以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。 在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计可能做的不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。 八.参考文献【1】孟遂民，孔伟编著. 架空输电线路设计.北京：中国电力出版社，2007年8月【2】董洁谔编.电力金具（第二版）.北京：中国电力出版社，2001年6月【3】陈祥和、刘在国、肖琦主编.输电杆塔及基础设计.北京：中国电力出版社，2008年5月【4】刘鸿文主编.材料力学.北京：高等教育出版社，2004年1月