送電線路鐵塔機(jī)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計

【摘要】送電線路鐵塔的連接滑移和節(jié)點(diǎn)彈性，均被認(rèn)為是影響送電線路鐵塔受力特性的主要因素。隨著地下資源和空間的開發(fā)利用呼聲的高漲，展開采動區(qū)鐵塔力學(xué)計算模型與塔一線體系兩者共同作用機(jī)理方面的研究，對上部結(jié)構(gòu)的安全性和地下空間資源的可用性的指導(dǎo)具有重要的意義。所以本文對送電線路鐵塔機(jī)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計進(jìn)行了以下探討。

【關(guān)鍵詞】送電線路；鐵塔機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計

【中圖分類號】TM726 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1672-5158（2012）09-0290-01

一直以來，送電線路鐵塔的連接滑移和節(jié)點(diǎn)彈性，均被認(rèn)為是影響送電線路鐵塔受力特性的主要因素。隨著地下資源和空間的開發(fā)利用呼聲的高漲，展開采動區(qū)鐵塔力學(xué)計算模型與塔一線體系兩者共同作用機(jī)理方面的研究，對上部結(jié)構(gòu)的安全性和地下空間資源的可用性的指導(dǎo)具有重要的意義。

以沿海大風(fēng)地區(qū)的鐵塔為著眼點(diǎn)，控制鐵塔結(jié)構(gòu)的主要因素有：塔身的坡度、主建材的材質(zhì)、斜材布置、節(jié)問最優(yōu)的計算長度、塔腿布置等。由于這次設(shè)計的鐵塔組裝方便，基本沒采用基礎(chǔ)主柱加高的方法來彌補(bǔ)地形高差，對地形的適應(yīng)能力強(qiáng)，很大的減少了塔基開挖力度和基礎(chǔ)混凝土的用量，獲得了很好的經(jīng)濟(jì)社會效益。

通過滑移性能試驗，對單、兩個螺栓連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，研究了螺栓連接的荷載一位移關(guān)系、螺栓連接滑移機(jī)理和連接節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)，同時，也推導(dǎo)出了有滑移桿件的軸向剛度。根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度概念，從節(jié)點(diǎn)的彈性位移著手，從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)的模糊轉(zhuǎn)角，導(dǎo)出了空間彈性梁單元的單剛矩陣，得出模糊轉(zhuǎn)角位移的隸屬度與彈簧剛度的映射關(guān)系。

巧借礦區(qū)沉陷預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)MSPS，我們對地下開采引起的動態(tài)地表變形進(jìn)行了初步預(yù)計。考慮到既定塔一線體系下方不同工作面布置對導(dǎo)、線應(yīng)力和弧垂、鐵塔桿件內(nèi)力、支座反力和塔頂綜合位移，我們建立塔一線體系三維有限元模型對之進(jìn)行了系統(tǒng)研究，從而提出了地下開采過程中塔一線體系的共同工作機(jī)理。針對工作面推進(jìn)方向與線路方向的三種關(guān)系的問題，專家對塔一線體系進(jìn)行了安全評估，亦給出了與之相對應(yīng)的評價指標(biāo)。

以此為基礎(chǔ)，提出了對已建塔一線體系工作面布置原理，采動區(qū)新建塔一線體系設(shè)計等相關(guān)建議。

1.在鐵塔計算的處理方面的優(yōu)化

檔距的分配直線塔掛雙絕緣子串時，前后垂直荷載按4：6分配；耐張塔前后掛點(diǎn)垂直、水平荷載按照3：7分配。我們搭建轉(zhuǎn)角塔是為了避免安裝工況控制塔材及基礎(chǔ)作用

力的作用，檔距的一側(cè)代表檔距取300m，另一側(cè)代表檔距取500m.

風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)βz的取值對于2-3型直線塔，當(dāng)全高超過60m時，風(fēng)荷載調(diào)整系數(shù)應(yīng)分段計算，但加權(quán)平均值應(yīng)不低于1.6。

塔身正側(cè)面風(fēng)壓增大系數(shù)的影響通過計算是眾多周知的，由于大風(fēng)區(qū)轉(zhuǎn)角塔的選材主要由導(dǎo)、地線的張力及斷線張力控制，因此塔身正側(cè)面風(fēng)壓影響較小；而直線塔剛巧與之相反，直線塔的主材受塔身正側(cè)面風(fēng)壓有一定的影響，在大風(fēng)區(qū)尤為明顯。而選材相對于導(dǎo)、地線的型號的影響甚小。若塔身正側(cè)面風(fēng)壓取得過大，塔材顯得不經(jīng)濟(jì)，取得過小又不安全。在用道亨軟件計算的過程中，正面風(fēng)壓增大系數(shù)（Fa），側(cè)面風(fēng)壓增大系數(shù)（Fb）均未考慮補(bǔ)助。材、節(jié)點(diǎn)板、螺栓的面積，如何計算與估算補(bǔ)助材、節(jié)點(diǎn)板等在不同塔身節(jié)問的擋風(fēng)面積將對沿海大風(fēng)區(qū)直線塔的計算有重要的意義。通過多次統(tǒng)計與比較，對本工程常用塔身布局正側(cè)面風(fēng)壓增大系數(shù)計算方式如F：

正面風(fēng)壓增大系數(shù)Fa=100+正面補(bǔ)助材凈面積/正面受力材凈面積側(cè)面風(fēng)壓增大系數(shù)Fb=100+側(cè)面補(bǔ)助材凈面積/側(cè)面受力材凈面積

2.塔身坡度的優(yōu)化

塔身坡度對鐵塔重量有至關(guān)重要的影響，因為它將直接影響主材規(guī)格、斜材的布置形式、基礎(chǔ)作用力等的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。合理的塔身坡度會使主材受力更加充分且均勻。如：本工程新設(shè)計的鐵塔（SJ332A-36）為保證鐵塔具有足夠的剛度，在塔建的過程中，還應(yīng)確定適當(dāng)?shù)淖兤麻_口尺寸。

3.塔身斜材布置的優(yōu)化

我們在布置斜材時，都是參照對主材最優(yōu)計算而得到的長度來進(jìn)行，致使其充分受力。本工程的直線塔，分為塔身上部，中部及下部，塔身上部斜材采用的小交叉式節(jié)問控制在1.2-1.3m，塔身中、下部的大交叉式節(jié)問控制在1.4-1.5m是適宜的。轉(zhuǎn)角塔因荷載較大且為防止斜材同時受壓的情況發(fā)生，塔身第一節(jié)問斜材采用倒K結(jié)構(gòu)，然后由上至下依次采用3等分、4等分大交叉式節(jié)問進(jìn)行布材，而節(jié)問高度隨主材的變化控制在1.3-1.6m。通過布置，使塔身斜材與水平面的夾角控制在40°～50°之間，完全發(fā)揮了斜材的受力特性，擺脫過去一味以1.5m固定節(jié)問的傳統(tǒng)做法，使得主、斜材問的連接角度更靈活，減少偏心及節(jié)點(diǎn)板的使用，降低了塔重。

一組高低腿中最高腿的高度與鐵塔全根開的比值控制在0.8-0.9是比較合適。依據(jù)上述原則，結(jié)合本工程初設(shè)階段的報告，該地區(qū)主要以丘陵為地貌，地面高程50.0～250m，相對高差20～220m，山坡坡度，自然坡度20°～35°，山體自然穩(wěn)定。因本工程主材采用Q420材質(zhì)，鐵塔根開得到了很大的改善，所以每一組高低腿最小級差設(shè)為1m，且最高腿與最低腿的坡度控制在28°-35°間，可以有效地減小塔基開挖面。

這樣才能使鐵塔組裝方便，地形適應(yīng)能力強(qiáng)，因為減少了采用基礎(chǔ)主柱加高的方式來彌補(bǔ)地形高差，于是就大大縮減了塔基開挖及基礎(chǔ)混凝土的用量，從而獲得了良好的經(jīng)濟(jì)社會效益。但技術(shù)是不斷發(fā)展變化的，這就要求我們不斷地學(xué)習(xí)，不斷總結(jié)經(jīng)驗，才能有創(chuàng)新，使我們的設(shè)計更完善，理論更成熟，從而能夠更好地為實(shí)際服務(wù)。

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