輸電線路大跨越鐵塔結構設計

張紅軍

（寧夏電力公司經濟技術研究院 ，寧夏 銀川 750002）

近年由于我國大范圍的建設輸電電網，所以對架設電網鐵塔的結構設計技術也在不斷成熟完善。鐵塔主要是由塔頭、塔身以及塔腿所構成，塔腿對于整個鐵塔的穩定性有著很重要的意義，塔腿一般是由鋼筋混凝土所澆筑。鐵塔根據不同的需求有著不一樣的形態以及不一樣的作用，而且在不同地區有著不同的運用。鐵塔的設計要綜合構件的強度、穩定強度以及設計要求，對于鐵塔的建設要在保證安全穩定的前提下，盡量節約建設費用并降低對生態環境的破壞。本文將從輸電線路大跨越塔的發展歷程、面臨的主要威脅以及結構設計的主要技術來全面分析大跨越鐵塔的建造。

1 輸電線路大跨越塔的發展歷程

由于鋼材緊張，大跨越塔最初是鋼筋混凝土結構，這種結構有著很好的安全穩定性。但是建筑費用較高，這種鋼筋混凝土煙囪塔在1960～1990年得到非常多的應用。尤其在長江中下游平原，而混凝土塔高也由116.5m增加到257m，所載電壓也由220kV增加到500kV。由鋼筋混凝土所建造的跨越塔不僅質量堅固而且使用時間耐久，例如1990年設計的南京大勝關跨越塔成功運行到2005年，不過建造鋼筋混凝土跨越塔工期較長、占地面積較大，并且對環境的破壞極大，在物資資源豐富的當今，社會不再采用鋼筋混凝土建造的鐵塔，例如在山區建造鋼筋混凝土跨越塔，很難將建筑材料運送上去，就算運送上去也嚴重損害了自然環境。

隨著時代的發展，組合角鋼跨越塔開始出現在各大輸電電網的運輸線路上。這類跨越塔有著更高的強度，在國內外都有著十分廣泛的運用。此類塔相對于鋼筋混凝土跨越塔有著更好的應用，還可以有效的防止地震等自然災害對于跨越塔造成的損害，因為此類塔的鋼板厚度達到了65mm，而且能承受450MPa的壓力，所以這類塔應用的最廣。

鋼管塔始于1980年后，鋼管結構較組合角鋼結構有著更好的穩定性以及耐壓能力。鋼管結構雖然簡潔，但是強度仍然能滿足輸電線路對于大跨越塔的強度要求，許多跨越塔有著好幾條線路以此來滿足供電需求，線路的增多導致跨越兩塔之間承受的重量劇增，但是鋼管塔有著很好的強度，所以能承受由于增加線路而導致的負載劇增。所以，對于一些重要線路或者是線路多的輸電線路通常采用鋼管塔來運輸，國內外的通信塔或者導航塔等重要塔都采用鋼管塔來建造[1]。

鐵塔以其簡潔的構造、易組裝的特點以及低廉的價格在大跨越輸電線路上有著非常廣泛的運用，鐵塔的強度雖然沒有鋼管塔的強度高，沒有鋼筋混凝土塔的建造價格低，在綜合方面鐵塔能滿足較大規模的輸電線路的要求。鐵塔易于安裝拆卸，在道路不通的山路可以將各組件運送上山實施組裝，簡單易行，而且建造時間大幅度縮短，所以鐵塔在大跨越的輸電線路上有著極其多的運用。

2 大跨越輸電線路上鐵塔面臨的問題及防治措施

2.1 特大暴雪的危害

在2008年的特大暴雪災害中，南方區域電網7541條10kV輸電線路被迫停運；588條110kV輸電線路被迫停運；270座110kV的變電站停運；受影響城市鄉鎮合計達1669個，積壓的大雪使得鐵塔不堪重負而倒塌。大雪落在電線上，低溫導致線路上結冰，而持續的大雪會使得冰層越來越厚，對于大跨越線路的威脅則更大，從而大跨越的輸電線路也受到嚴重影響，并使得該輸電線路的用戶得不到正常的供電，所以對于某些極端天氣的地區，不宜采用鐵塔來完成大跨越的輸電。

2.2 環境腐蝕的危害

在大跨越的輸電線路中的鐵塔一般直接暴露在自然環境中，而鐵在自然環境中易受到氧化及腐蝕，同時局部地區還可能會出現酸雨情況等，所以鐵塔的質量安全性難以得到保障。南方地區富含水源，空氣相對較濕潤，這樣的氣候更加使得鐵塔容易銹蝕。野外土壤的酸堿度也對鐵塔的銹蝕有很大的影響，所以在修建鐵塔的時候要上漆來避免鐵塔銹蝕。鐵塔都是由鉚釘連接組裝而成，鉚釘的銹蝕將影響整個鐵塔的安全性能，因此對于鐵塔的鉚釘要采取特殊的防護。

2.3 地震的危害

同樣在2008年，汶川遭遇了高強度地震，在地震中輸電線路及通信線路都遭到了破壞，線路搶修較為簡單，可通信塔和鐵塔的損毀搶修需要較長時間。所以要對鐵塔進行改良，設計出合理的結構來降低地震對鐵塔造成的破壞，鐵塔雖然有較高的強度，但是無法抵御地震帶來的損害。只有改進鐵塔的構造，利用物理原理來達到減震的目的[2]。

3 輸電線路大跨越鐵塔的主要技術

3.1 合理設計塔頭鉸結點的位置

塔頭的鉸結點即為桿系結點，處理成剛性節點后雖然不會影響鐵塔的正常運轉，但是浪費了較多的材料。在我國的鐵塔上的中間鉸位置添加了平連桿，在國外平連桿的添加是多余的。三鉸拱的運用可以很好的解決，不用另外添加可能會影響受力杠件的問題，只有保持鐵塔結構加工圖與計算圖一致，才能更大限度的保證鐵塔的安全性。

3.2 布置合理的導線橫擔下平面斜材

交叉斜材的布置一般連接在橫擔的主材上，由此產生了縱向壓力導致節點處變形。但在這個部位的設計上增加了短角鋼來抵消縱向的壓力，但這只是一個臨時方法。為了更好的滿足設計需求，僅僅只需將交叉斜材安裝到橫擔根部就可以將縱向的壓力傳遞到主塔身上。

3.3 曲臂傳遞縱向荷載

曲臂的鐵塔不僅外形美觀，而且更加內在實用。采用曲臂的鐵塔可以很好的將縱向荷載傳遞到曲臂內外側斜材，這種方法建立在理想的力學模型之上。設計師要注意力量的傳遞路線，對于不該安裝桿件的地方絕不能安裝，另外在力的傳導方向要適量的安裝桿件來使縱向荷載轉移。桿系的布置一定要合理，桿系要隨著縱向荷載的方向來布置。

3.4 大坡度塔身

利用大坡度塔可以減少材料耗量，但是也可對塔身造成不小程度的傾斜。大坡度塔身雖然有很好的應用，但是由于斜材的過度彎曲會影響整個鐵塔的安全性能，所以需要對斜材進行處理。例如增加支撐材料或者在關鍵部分添加斜墊，同時也可使用雙排螺栓來穩固主材。用鋼管塔做大坡度塔身雖然造價較高，但是非常符合力學原理，有非常高的可行性。

3.5 偏心問題

這是一個鐵塔中最常見的問題，主要有4類偏心問題：單包鐵接頭引起的主材力線的偏心；主材與斜材連接的偏心；不同規格主材接頭的偏心；橫隔面材連接上的偏心。對于這4類偏心有著不同方法來完善，例如對于不同規格主材接頭的偏心可以使用上下主材搭接接頭的辦法，要保證鐵塔主柱不彎曲[3]。

今后的輸電線路將越來越密集，而架設輸電線路的鐵塔會面臨更大的挑戰，只有不斷的對鐵塔的結構提出合理的設計才能使大跨越的輸電線路穩定的運行。

[1] 帥慧明.高壓輸電鐵塔結構優化設計方法研究與應用[D].廣東：廣州大學，2011.

[2] 張俊平.高壓架空輸電線路大跨越鐵塔承臺基礎施工[J].山西建筑，2011（32）.

[3] 李峰，袁駿，侯建國，等.我國輸電線路鐵塔結構設計可靠度研究[J].電力建設，2010（11）.