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1、三峡大学电气与新能源学院课程设计阐明书学期：专业：输电线路工程课程名称：输电杆塔及基础设计班级学号：姓名：指导老师：输电杆塔设计课程设计任务书一、设计题目：IIOKV门型直线电杆设计（自立式带叉梁）二、设计参数：电压等级：HOkV避雷线型号：GJ35电杆锥度：1/75电杆根部埋深：3m顶径：27Omm气象条件：IV级绝缘子：7片X4.5地质条件：粘土,s=16kNm3,=20o,B=30,设计参数如下：参数姓名导线型号水平档距（m）垂直档距（m）避雷线支持力TmaxTminLGJ-150/2523037044004300三、设计成果规定：1 .设计阐明书一份（1.5万字,含设计阐明书插图）2
2、.图纸若干（1）电杆尺寸布置图（2）电气间隙效验图(2)正常运行状况下0抵御弯矩图(3)事故时B弯矩图目录一、整顿设计用有关数据11任务书参数12气象条件列表13导线LGJ-150/35有关参数表14导线比载计算15地线有关参数36地线比载计算37绝缘子串和金选择38地质条件49杆塔构造及材料4二、电杆外形尺寸确实定42导线水平距离53间隙圆校验54地线支架高度确定65杆塔总高度7三、杆塔荷载计算71原则荷载72设计荷载9四、电杆杆柱0强度验算及配筋计算H1配筋计算H2主杆弯矩计算113事故状况下的弯矩计算124裂缝计算135单吊点起吊受力计算13五、基础设计141土壤特性142抗压承载力计算
3、153底盘强度计算15八、参照文献16九、附图附图1尺寸布置图17附图2间隙圆校验图18附图4事故时弯矩图20一、整顿设计用有关数据1、任务书所给参数：表1导线型号水平档距垂直档距地线支持力TmaxTminLGJ-150/30240360440043002、气象条件列表:表2气象条件气温()风速(s)覆冰(mm)最高温+4000最低温-2000覆冰-5105最大风-5250安装-10100外过电压+15100内过电压、年均温+101503、根据任务书提供导线LGJ-150/35的参数，(参照书二)整顿后列下表:表31截面积A(mm2)导线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(lC)计
4、算拉断力(N)计算质量(KgZkm)抗拉强度WPlMPa安全系数K许用应力1名|Mpa年均应力上限MPa181.6217.50S(XXX)I7.8i665020676.2340.102.5136.0485.034、计算导线的比载:(1)导线的自重比载：/八八、qgm-3676.29.80665in,o,.n-v.xo.、1(0,0)=10=10=36.51210(MPa/m)A181.62（2）冰重比载:2(5,0)=27.72825)O3=17.175103(MPCIlm)（3）垂直总比载,3(5,0)=(36.51217.175)103=53.687XQyMPaIm（4）无冰风压比载：假设
5、风向垂直于线路方向6=90,sin6=90。=KV线路或，=1.0可以得出下式：/八、CGtJ口IC-3/a/D/4(0,v)=0.625afd一10(MPa/m)A1)外过电压，安装有风：V=10ms,af=1.0,/5r=1.1in24(0,10)=0.6251.0l.l17510-3=6.624X103Mpa/m181.622)内过电压v=15ms,j=0.75,SC=I.11524(0,15)=0.6250.751.117.5103=11.1791032zw181.623)最大风速v=25ms,设计强度时，%=0.85,4=1.1TS24(0,25)=0.6250.851.117.51
6、()3=35.192103MpaIm181.624)最大风速v=25ms,计算风偏时，%=0.61,二1.252九(0,25)=0.6250.611.117.5103=25256XIO-3Mpa/m(5)覆冰风压比载计算：V=Ioms,计算强度和强度时，z=1.0,=1.2in2%(5,10)=0.625l.0l.2(175+25)O=Ii356x103m9加（6）无冰综合比载1）外过电压，安装有风:6(0,lO)=y1(0,0)2+y4(0,v)2=36.5122+6.62421O3=37.1O8lO3MPalm2)内过电压：6(0,l5)=36.5122+11.1792103=38.815
7、103Mpalm3)最大风速计算强度时：y6(0,25)=36.5122+35.1922103=50.711103MPcIlm4)最大风速计算风偏时：人(0,25)=36.5122+25.2562W3=44.396103Mpa/m(7)覆冰综合比载：7(5,10)=73(5,O)2+5(5,1O)2=53.687211.3562103=54.875X103Mpa/tn将有用比载计算成果列表：表4-2单位：XlbMpa)Z1(0,0)X2(0,5)%(0,5)Z4(0,25)af=o.i5,sc.5(5,10)CCf=1.0,JUsc=1.2r6(0,25)n(5,10)36.51217.175
8、53.68735.19211.35650.71154.8755、计算比值将计算的成果列入下表：由于最大风速和覆冰有风比载和气温都相似，故比载小的不起控制作用。表5-1气象条件覆冰有风最低温年均温许用用力(Mpa)136.04136.0485.03比载(103MpaIm)54.87536.51236.512温度C5-2010(103)0.4030.2680.429排序baC_2啊,-4+aE(-L)_24X136.04-136.04+17.8x1OYX800OoX(-5-(-20)一V-E(bh-ja)80000(0.40310-3)2-(0.268103)2计算临界档距：=265.97m=虚数
9、:24/_q+a,_)_12485.03-136.04+17.810680000(10-(-20)E(clc-ala)800OOX(0429x1。力一(0.268x1。力】24q-b+aE(n,)二以4X85.03-136.04+17.8x1068000OX(10-(-5)NEce-b1h)80000(0.42910-3)2-(0.40310-3)2=虚数临界档距列表如下表5一2气象条件最低气温覆冰有风年平均温临界档距L=265.97心=虚数(=虚数因此，档距在0265.97m时控制气象条件是最低温，在265.97m8时控制条件是年均气温。5、地线GJ-35有关参数列于下表:表51截面积A(m
10、m2)地线直径d(mm)弹性系数E(MPa)温度膨胀系数(lO计算拉断力(N)计算质量(KgZkm)抗拉强度QPJMpa安全系数K许用应力QOlMpa年均应力上限cpJMPa37.157.818142011.510643424295.01168.93.0389.63233.86、地线比载计算:地线的比载计算同导线比载计算，计算值列于下表:表6单位：O-iMpam7,(0,0)Z2(5,0)Z3(5,0)九75(5J0)y(5,)外过电压内过电压设计强度计算风偏外过电压内过电压设计强度计算风偏77.847.7125.614.424.376.655.035.979.181.5109.295.313
11、0.6726840355984323579939155787、绝缘子串及金具选用:件号名称质量(kg)数量型号绝缘子组装图1挂板0.561Z-72球头挂环0.271QP-73绝缘子5.07X-4.54碗头挂板0.821W-7A5悬垂线夹2.01CGU-3Ti6铝包带0.0331X10III绝缘子串长度=1304mm赍，绝缘子串重量38.68kg合用导线LGJ-150/35表71导线绝缘子和金具(2)地线绝缘子串及金具选择:表72件号名称质量(kg)数量型号+(长度mm)金具图形1挂板0.561Z-7(60)2球头挂环0.271QP-7(50)3绝缘子3.31XDP-7(182)“Ki4悬垂线夹
12、5.71CGU-2(70)绝缘子串长度=362mm绝缘子串重量9.83kg合用避雷线GJ-358、地质条件:表8土的状态s(kNm3)()()m(kNm3)粘性土软塑162030489、杆塔构造及材料材料：一般直立钢筋混凝土门型电杆（带叉梁）电压等级：11OkV电杆锥度：1/75根部埋深：3m顶径：270mm二、电杆外形尺寸确实定1、杆塔呼称高度：（参照书一）公式（3-1）H=+max+t+/施工裕度确实定：根据设计任务书提供的水平档距乙二240加，查表（3-7）为了愈加安全取M=O.7m儿为导线到地面及被跨越物的安全距离：假定此杆塔安装处取居民区，根据（参照书一）hx=7.0m2绝缘子串的长
13、度：根据所选择的绝缘子型号及金具确定为1.304m。Znax确实定：根据任务书给的档距，控制气象条件为年均气温。采用状态方程式，用计算机软件算出最高温条件和最终覆冰条件下的弧垂，通过比较，最大弧垂发生在最高气温条件下。经计算，得到最高温气象条件L=260m卜最大弧垂nax=4.589r11o则杆塔的呼称高度H=1.304+4.589+7+0.7=13.595m2、导线水平线间距离确定:根据参照书目一公式33Dm=0.4+0.65JymaX=0.41.304+1+0.654.589=2.914Z3、间隙圆校验：(1)规程规定最小间隙：工频电压时为0.25m,操作过电压时为0.7m,雷电过电压时为
14、1.0m,考虑带电作业时需增长0.5m。(2)绝缘子串基本风压：1)正常运行最大风时：。施=急=0.391(Nm2)2)内过电压时：口麻=0.141(KN/帆2)3)外过电压时：啰谓=篇=0.063(KN/帆2)(3)绝缘子串所受风压：PJ=%(2+)gAj%=l,n2=7,绝缘了串的位置高度为3m,查参考书目一表25,得出风压变化系数=095,Ay=0.03-号正=1X(7+1)0.950.3910.03=89.15/V号滦=1X(7+1)0.950.1410.03=32.15ir=1(7+1)0.950.0630.03=14.36N(4)导线风荷载计算工频电压最大风时：与正=25.256x
15、10-3*181.62x240=1100.88N内过电压时：P跟=1L17910318L62240=487.28外过电压时：Pt=6.624103181.62240=288.73N(5)导线自重比载计算G。正=36.512103X181.62360=2387.27N(尸+尸/2、(6)绝缘子串风偏角，即0=tarL一计算，即S+G,2jO正=tan,1100.88+89.15/2、2387.27+379.32/2)=23.97。操=tan(487.28+32.15/2、=11.052387.27+379.32/2,(PR=tan-(288.73+14.36/2=6.552387.27+379.
16、32/2)(7)杆塔横担长度确实定：(参照书目一)公式312：=2(R+4si11e+b)其中R为最小空气间隙，4为绝缘子串长，。为风偏角，b为杆塔上脚钉外露部分加杆径二分之一的长度。根据规程，R.00m,21=1.304m,Q取最大风偏值23.97,b偏于安全考虑，取0.3m。计算得到：D=2(1.00+1.304sin23.97+0.3)=3.660m由于三相导线呈水平排列：则横担长度：D=2XDft=23.660=7.320m考虑到杆塔半径影响，取横担长度为8.OOm(8)根据CAD作图进行间隙圆校验，起控制作用的是带电作业状况，导线与杆塔间隙满足带电作业规定。4、地线支架高度确实定(1
17、)防雷保护角：根据规程规定，可取防雷保护角a=25。根据下图，取a=0.3m,b根据横D.（参照书一公式3-8）Tana=tan23.97=-（XX）,可以求出H2=3823.65ITmH?H2（2）计算地线支架高度：（参照书目一公式3-7）H1=H2-l+2=3823.65-1304+362=2881.65mm取整后，地线支架高度取3.0m,此时防雷保护角减小，有助于防雷。（3）地线之间水平距离校验：（参照书目一公式3-9）D=4000+2300=4600mm53823.65=19118.25mm,符合规定。5、杆塔总高度确定：杆塔总高”均=H+H1+H2=13.595+3.0+3.0=19
18、.595m根据杆塔的分段，可取杆塔总高度为21.0m（加入地下埋深），分段为9m+6m+6m.三、杆塔荷载计算（一）、杆塔原则荷载1、运行状况I：最大设计风速，无冰、未断线。(1)地线重力为：Gb=%bAJv+Gm=77.87210337.15360+9.839.80665=1137.86(2)地线风压：Pii=YabAbLp=76.68410337.15240=683.712V(3)导线重力：=iddv+jd=36.512IO-3181.62360+38.689.80665=276659N(4)绝缘子串风压：Pzd=nl(n2+1)jwzA7IV0=1(7+1)0.950.3910.03=8
19、9.15(5)导线风压：PD=4D(25)+Bd=35.192103181.62x240+89.15=1623.13?/2、运行状况II：覆冰、对应风速，未断线。IV级气象区，从规程中查得：V=Ioms,廿-5,b=5mm(1)设计冰厚为5mm,覆冰系数取K=LO75,则地线重力为GB=BABLV+gJB+2BaBlV+(KT)GJ81=(77.87210337.15360+96.40)+47.7681O-337.15360+(1.075-1)96.40=1137.86+690.4(V)(2)地线风压为PB=YsbaBlP=35.935X103X37.15X240=320.40(/V)(3)导
20、线重力为gDDaDlV+GjD)+，2OADZV+(KT)Gj0=(36.5121(3181.62360+379.32)17.17510-3181.62360+(1.075-1)379.32=2766.60+1151.41=3918.00(N)(4)绝缘子串风荷载为PJD=(2+DzA%=Ix(1+7)X0.95X0.03X-=14.36(N)1.6(5)导线风压为Pd=75dAdLp+Pjd=11.356X103181.62X240+14.36=509.35(N)3、断导线状况I、H：断一根导线荷载组合状况为无冰无风。(1)地线重力：Gs=1137.86N(2)导线重力：未断导线相：Gd=2
21、766.597V断导线相为：Gd=八Dqj+G=2759+379.32=1762.62N(3)断线张力：LGJ-150/35型导线计算拉断力为Tp=65020N导线最大使用张力为Tp65020max=26008(N)“maxKC2.5导线最大使用张力比例为35%,则Td=nlaxX%=2600835%=9102.82V地线支持力：ZSTmax=440ON,Tmin=4300N.4、断地线状况：荷载组合状况为无冰、无风、导线未断。(1)导线重力：G=276659N(2)地线重力：GZ=+96.40=空空+96.4=665.33N22(3)断线张力：GJ-35最小破断拉力Tp=43424N地线最大
22、使用张力为Tp434247Bmax=-=16082.96(N)maxKC2.7地线最大使用张力比例值为20%,则Td=naxX%=16082.96X20%=3216.59N5、安装状况：荷载组合状况为有对应风速、无冰。规程中查得：V=10ms,t=-5C,b=0(1)地线重力：G=1137.86地线风压为：Pli=41imAliLp=14.43510337.15240=128.70/V(2)导线重力：Gd=2766.59?/导线风压：Pd=4d(io)=6.624103181.62240=288.73(一)杆塔设计荷载1、运行状况I：最大设计风速，无冰、未断线。(1)地线重力为：G；=1.21
23、137.86=1365.43N(2)地线风压为：Pp=1.4683.71=957.19/V(3)导线重力:=1.2X2766.59=3319.9IN(4)导线风压：=1.4X1623.13=2272.38N2、运行状况H：覆冰、对应风速，未断线。IV级气象区，从规程中查得：V=10ms,t=-5C,b=5mmo(1)设计冰厚为5mm,覆冰系数取K=LO75,则地线重力为G,=1.21137.86+1.4690.4=2331.99(N)(2)地线风压为P=1.4320.40=448.56(V)(3)导线重力为Gd=.22766.60+1.41151.41=3319.92+1611.97=4931
24、.89(/V)(4)导线风压为P,d=1.2x509.35=611.22(f)3、断导线状况I、II：断一根导线荷载组合状况为无冰无风。(1)地线重力：=1.2x1137.86=1365.43/V(2)导线重力：未断导线相：=1.2X2766.59=3319.9IN断导线相为：GA=L2X1762.62=2115.14N(3)断线张力：;=1.49102.8=12743.92N地线支持力：Tmax=1.44400=6160N,Tmin=1.44300=6020N.4、断地线状况：荷载组合状况为无冰、无风、导线未断。(1)导线重力：GG=L2X2766.59=3319.9IN(2)地线重力：GZ
25、=1.2X665.33=798.40N(3)断线张力(地线不平衡张力)：7；=1.4x3216.59=4503.23N5、安装状况：荷载组合状况为有对应风速、无冰。规程中查得：V=10ms,t=-50C,b=0(1)地线重力：GZ=I.2X1137.86=1365.43N地线风压为：P=1.4128.70=18().187V(2)导线重力：G：=1.2X2766.59=3319.9IN导线风压：匕=1.4X288.73=404.22N683.71q-1137.S61623.13-I2766.59683.71il37.86320.41137.86+6J320.4I137.8646941137.8
26、61623.131623.13509.35509.352766.592766l59115L412766.59+1151.412766.59+1151.412766.591137.86102.81762.62，32659h运循跟UC.断导线情祝H137.565.332766.592766t59128u70-1137.86288.岂701137.86957.191365.43227Z3&3319.91288.732766.5959荷载标准值!72.383319.91.三227Z383319.91180.1,1365.43404.22T3319.91b.S三11180.18F365.43广.2233
27、19.91e.5W四、电杆杆柱的配筋计算及强度验算_223319.911、配筋计算:初步选用配筋为12014,C30混泥土fcm=16.5Nm川,二级钢叫=3ONmm2断面外半径:r2=275,=225nmy9昆泥土的面积A=3.14(2752-2252)=78500mm钢筋的面积:Ag=923x2=1846m根2,根据参考书三公也-6-9,按受弯构件计算:W中+ 2M4)L M _sin Tta3101846fet,iA + 2fy Ag16.5 X 78500 +231018460.234 0.3275 + 225 sin(1800.234)2 -3.14275+225M二(16.5X78
28、5OoX-+23101846=130280.14fm2）设计处的剪切力V：V=yqd,其中=Am.=0.75,TD为断线张力V=1.40.7512743=1338ON13380.2tD 1.250550=0.405 0.7ft =0.7xl.8 = 1.26N加剪力由混泥土承受，环形截面的螺旋筋仅按配置构造。2、正常状况下的弯矩计算:设杆身厚度为50mm,则根据图示尺寸计算:Wc = 314 x(41.74 -31.74) = 4739.02cm2C 3241.7Wo =-3,14 - (52.34 -42.34) = 8030.59cm23252.3零点弯矩位置:Z = 8.04739.02
29、4739.02 + 8030.59=2.97m弯矩为零处杆径为:VTTTTTTTTiOOOH /CCCLOoOMDa= 350Dj= 417D=53Dx=D0+=0.27+=0.47m,075752、主杆弯矩计算：（1）杆身风压计算高度变化系数取Z=I，构件体形系数=6，杆塔风荷载调整系数/Z=I。A点单位长度杆身风压为=AWo=lsz；3Z1.o,八I0.27+0.31252/re/2.=10.61=67.96N/m21.6PB=NZA瓦AWq=PzJ）产心Z1.00.27+0.35252=10.61X=7266N/m21.6O+QV*pC=LAB,A押O=N出串,-X=Ix 0.6 1 0
30、.27 + 0.417225 = 8051Nm1.6po=PAXo=从瓦。；4X0.27+0.47252。山=1X0.61X=86.72N/m21.6B点单位长度杆身风压为C点单位长度杆身风压为O点单位长度杆身风压为（2）各段风压合力作用点高度:320.27+0.31-X-30.27+0.31620.270.35-X30.27+0.35=1.466m=2.871m弯矩为零处时15.0320.27+0.4730.27+0.47=6.838m(3)各段弯矩计算:Ma=957.193+67.96x3x1.466+1365.43x0.3=3580.09NmMB=0.55(2957.196+32272.
31、383+272.6662.871)=18942.54N/mMC=().55(2957.19+32272.38+280.51X6.838)1.12.97=17667.66N/mMO=0.55(2957.19+32272.38+286.72X6.838)1.1(8-2.97)=30180.45Nm3、事故状况下弯矩计算：事故断边导线荷载已列于荷载设计值图中。荷载系数为0.75,地线支持力4Tmax=1.4X4400=6160N,Tmin=1.44300=602ON.则杆根弯矩为：MO=0.75(L212743.92x16-602019)=97727.45Nm横担处主杆弯矩:Ma=一602030.7
32、5=13545Nm事故时弯矩图正常大风时弯矩图4、裂缝计算:已知参数：rl=275m肛r2=225mm,q=250mm,Es=200N/mm2,Ee=29.5N/,取螺距5=200rnm采用光面配筋V=IA0=Ae+(aL.-l)v=78500+(6.8-1)1846=89169wn2Wd=(r12r,2)-=(2752+2252)89169=11257618.35wwn34rt4X250=2-0.4-=2-0.4-=1.67r1275ftk=2.0KN/mm?(2)计算开裂弯矩Mcr=fttWd=1.672.0ll257618.35=37.6KNm计算裂缝宽度最大风荷载时：Ms=3O.18K
33、Nm,比Ma小，故不会开裂。5、单吊点起吊受力计算:取横担和绝缘子串总重为4000N,将锥形电杆自重按等径电杆均布荷载,取电杆比重为l5KNm计算，电杆起吊组装图如下图所示，B点为起吊点，C点为支称点。起吊中两杆受力相似，故可只计算一根杆受力。1 .求支座反力M0gqxl8?+200015-F15-32=0Fb=17750V=1500x21+2000-17750=1575ON2 .计算各点口勺弯矩MA=ONmMR=-150032=-6750VwB2M=-150032=-675O2V7?C2MD=ONBC段产生的最大弯矩：Mmax=51770.87Vw从上面成果可以看出，吊装杆塔时是安全的。67
34、506750底盘上方土重为:=6.44KN5177CLj吊装弯矩图五、基础设计1、土壤特性：s=16kNm3,=20o,B=30,承载力特性值fak=263kpa02、抗压承载力计算（1）杆塔传给基础的荷载为:.dZG30180.451365.432+3319.91x3+1500212下压力：M=-丁=一一4厂=-45390.41N上拔力：.EMDZG30180.451365.432+3319.9134/V=b242=-3014268N故此电杆不会对基础产生上拔力。（2）底盘压应力计算选用规格为0.8X0.8X0.18的底盘,质量为277kg,体积为0.115m3140SS2G=sV=16(0
35、.80.83-)N+gZGA（参照书一公式11-61）0.80.845390.411.2(6.44IO3+277X9.8)=62554.9Nn(3)底盘承载力验算由于基础埋深超过0.5m,故计算时fa=fak+7brb-3)+d5(h-0.5)=263+0+1.016(3-0.5)=303kpaP,=fj2f=303/0.75=40UpP=62.554kpaP,则底盘抗压承载力符合规定。3、底盘强度计算（1）（参照书一公式11-63） a1 =3.140.552= 0.49q = P523.5=15.83mmMl=-9-(a-a1)2(2a+a,)=625549(0.8-0.49)2(20.8+0.49)=523.5N.mO.875rov0.8750.18210106A：=0.80.8=0.64m=6400mAs故底盘强度符合规定。参照文献1 .陈祥和，输电杆塔及基础设计2 .孟遂民，架空输电线路设计3 .东北电力设计院，电力工程高压送电线路设计手册第二版4 .DLJ5092-1999（110-500KV架空送电线路设计技术规程）5,懂吉铐，电力金具手册2023第二版，中国电力出版社6,周泽存，高电压技术第二版，中国电力出版社
