淺談輸電線路鋼管桿的設計研究

張東光

摘 要 本文分析鋼管桿的桿型規劃、幾何尺寸、桿身分段、鋼管混凝土結構等因素對鋼管桿設計的影響。

關鍵詞 架空輸電線路 鋼管桿 撓度 錐度 鋼管混凝土

一、引 言

隨著城鎮化建設步伐的加快，配套的電網建設緊跟其后，輸電線路聯網日趨完善、智能，同時為了不影響或少影響城市規劃，城區、市郊和開發區輸電線路桿塔而越來越多的采用鋼管桿。與鐵塔相比，鋼管桿具有美化市容，施工安裝方便，占地面積小的特點。鋼管桿相對于角鋼塔造價高，鋼管桿設計在工程投資中起著非常重要的作用，因此，優化設計是節約投資的有效途徑。鋼管桿造價受荷載大小、制造工藝、施工方法、運輸距離等因素的影響，在設計中應綜合考慮上述因素。

二、鋼管桿計算控制因素

輸電線路鋼管桿的主體結構為多邊不等徑的鋼管構件，抗側移剛度較格構式鐵塔小很多，故在同一工況荷載作用下，桿端撓度較大。《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》（DL/T 5130-2001）規定了在荷載的長期效應組合作用下，鋼管桿桿頂的最大撓度不應超過下列數值：直線桿不大于桿身高度的5‰，直線轉角桿不大于桿身高度的7‰；轉角和終端桿不大于桿身高度的20‰。鋼管桿在設計中若根據強度控制選材，直線桿最大撓度將超過規范限值，轉角桿和終端桿的撓度甚至可達到30‰以上，遠遠超過了《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》對撓度的要求。因此，與格構式鐵塔不同，輸電線路鋼管桿在大多數情況下，構件的規格往往由撓度控制。

直線鋼管桿的撓度是由導地線的水平荷載及垂直荷載、集中彎矩、桿身風荷載、撓度的二次效應產生的，耐張鋼管桿的撓度主要是由導地線的線條張力及水平荷載作用產生的。

三、鋼管桿的設計要點

1.桿型規劃。桿型的規劃決定著荷載的大小，而荷載作用是鋼管桿設計中的決定因素，因此，桿型規劃對工程造價的影響很大。在桿型規劃時，首先應配合電氣專業綜合分析該工程的路徑、沿線地形、地質、地物及跨越的障礙物等，確定桿型的經濟呼高及檔距。轉角桿的角度劃分是耐張桿規劃中的重要環節，角度力往往控制轉角桿的選材，一般以20°劃分一檔。如果該工程路徑曲折系數大，轉角數量多且角度使用廣，可對角度劃分進一步細化，可按10°一檔劃分。在鋼管桿設計時，桿型的規劃相當關鍵，需綜合、全面的分析和考慮。

2.幾何尺寸。鋼管桿的錐度、梢徑、截面形狀、桿段劃分是鋼管桿設計的直接影響因素。（1）錐度和梢徑。錐度由鋼管桿所受荷載的大小決定，鋼管桿所受荷載越大，彎矩包絡圖斜率就越大，從而需要越大的錐度以保證受力合理。同時由于撓度控制的要求，需要合理的錐度來滿足撓度要求，而錐度過大又會導致根徑過大，既浪費材料又影響美觀。稍徑的大小直接影響著整個桿身的尺寸，稍徑的取值既要滿足構造要求，又要滿足撓度要求。通過反復計算比較及歷年的設計經驗，鋼管桿的錐度可參考表1進行取值，梢徑可參考表2取值。在設計中，取值由荷載的大小決定，單回路小截面導線靠近下限進行取值，雙回路、多回路、大截面導線可靠近上限取值。

表1 鋼管桿錐度取值

表2 鋼管桿稍徑取值

（2）截面形狀。常用鋼管桿有環形截面和多邊形截面。鋼管桿的撓度與截面慣性矩成反比，在同一荷載下，鋼管截面越趨于環形，撓度越小。從力學角度分析，環形截面優于多邊形截面。雖然環形截面在加工上也可實現，但較多邊形截面難度大，且環焊縫較多，因此在實際工程中常采用多邊形截面。110 kV單回路直線桿和0°～40°轉角桿多采用八邊形截面，雙回、多回或40°～90°單回轉角桿多采用十二邊形截面。220 kV單回路直線桿和0°～40°轉角桿多采用十二邊形截面，雙回、多回或40°～90°單回轉角桿多采用十六邊形截面。

（3）桿段劃分。鋼管桿壁厚由上至下逐漸增大，需分為若干段，因受運輸、鍍鋅和模型壓制的限制，桿段長一般不超過12 m。桿段太長不宜運輸和加工，太短連接點太多，增加了桿重。在設計時，需要對桿段長度反復試算，使得每段桿件受力均勻，這樣不但滿足了安全要求，也優化出了最佳塔重。通常每段長度宜在10 m左右。

3.合理選材。鋼管桿的鋼材一般采用Q235、Q345兩種，以上兩種鋼材的材料性能可滿足大多數的工程條件。對于220 kV大截面導線、雙回路的桿身選用Q345鋼時，鋼管桿則較重，在撓度可控、最低溫度不低于-40 ℃時，部分桿段可采用Q420鋼，可有效降低桿重。

4.控制桿身撓度的其他方法。由于鋼管桿構件規格常由撓度控制，在計算時只能通過加大桿身尺寸來滿足撓度要求。一般使用鋼管桿就是因為廊道狹窄，場地有限。 在遇到多回路或高電壓等級時，計算出來的鋼管桿根徑很大，以至于施工場地不夠。在鋼管桿的下段使用鋼管混凝土，即在桿段下部組立完成后在鋼管內滿澆混凝土，這樣大大提高了桿身的剛度，有效地減小了桿身的撓度，從而減小了桿身尺寸。一般城區商混很方便，這種方式施工操作性很強，是一種實用的設計方法。

三、結束語

（1）輸電線路鋼管桿的主體結構為不等徑的鋼管構件，抗側剛度，桿端撓度相應較大，在鋼管桿設計計算時，其選材一般由撓度控制。

（2）桿型規劃對工程造價影響較大，需綜合考慮線路路徑、轉角范圍等諸多因素的影響。

（3）分析了錐度、梢徑等對鋼管桿設計的影響，給出了錐度、梢徑的建議值。

（4）對于承受荷載較大的鋼管桿，可部分使用鋼管混凝土結構，以減小桿重及占地面積。

參考文獻

[1]王燮山，顧煜炯.送電線路拔梢鋼管桿撓度的解法及簡捷法[J].現代電力，2002，19（3）：35 ～40.

[2]架空送電線路鋼管桿設計技術規定（DL/T 5230-2001）.

[3]東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊.

摘 要 本文分析鋼管桿的桿型規劃、幾何尺寸、桿身分段、鋼管混凝土結構等因素對鋼管桿設計的影響。

關鍵詞 架空輸電線路 鋼管桿 撓度 錐度 鋼管混凝土

一、引 言

隨著城鎮化建設步伐的加快，配套的電網建設緊跟其后，輸電線路聯網日趨完善、智能，同時為了不影響或少影響城市規劃，城區、市郊和開發區輸電線路桿塔而越來越多的采用鋼管桿。與鐵塔相比，鋼管桿具有美化市容，施工安裝方便，占地面積小的特點。鋼管桿相對于角鋼塔造價高，鋼管桿設計在工程投資中起著非常重要的作用，因此，優化設計是節約投資的有效途徑。鋼管桿造價受荷載大小、制造工藝、施工方法、運輸距離等因素的影響，在設計中應綜合考慮上述因素。

二、鋼管桿計算控制因素

輸電線路鋼管桿的主體結構為多邊不等徑的鋼管構件，抗側移剛度較格構式鐵塔小很多，故在同一工況荷載作用下，桿端撓度較大。《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》（DL/T 5130-2001）規定了在荷載的長期效應組合作用下，鋼管桿桿頂的最大撓度不應超過下列數值：直線桿不大于桿身高度的5‰，直線轉角桿不大于桿身高度的7‰；轉角和終端桿不大于桿身高度的20‰。鋼管桿在設計中若根據強度控制選材，直線桿最大撓度將超過規范限值，轉角桿和終端桿的撓度甚至可達到30‰以上，遠遠超過了《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》對撓度的要求。因此，與格構式鐵塔不同，輸電線路鋼管桿在大多數情況下，構件的規格往往由撓度控制。

直線鋼管桿的撓度是由導地線的水平荷載及垂直荷載、集中彎矩、桿身風荷載、撓度的二次效應產生的，耐張鋼管桿的撓度主要是由導地線的線條張力及水平荷載作用產生的。

三、鋼管桿的設計要點

1.桿型規劃。桿型的規劃決定著荷載的大小，而荷載作用是鋼管桿設計中的決定因素，因此，桿型規劃對工程造價的影響很大。在桿型規劃時，首先應配合電氣專業綜合分析該工程的路徑、沿線地形、地質、地物及跨越的障礙物等，確定桿型的經濟呼高及檔距。轉角桿的角度劃分是耐張桿規劃中的重要環節，角度力往往控制轉角桿的選材，一般以20°劃分一檔。如果該工程路徑曲折系數大，轉角數量多且角度使用廣，可對角度劃分進一步細化，可按10°一檔劃分。在鋼管桿設計時，桿型的規劃相當關鍵，需綜合、全面的分析和考慮。

2.幾何尺寸。鋼管桿的錐度、梢徑、截面形狀、桿段劃分是鋼管桿設計的直接影響因素。（1）錐度和梢徑。錐度由鋼管桿所受荷載的大小決定，鋼管桿所受荷載越大，彎矩包絡圖斜率就越大，從而需要越大的錐度以保證受力合理。同時由于撓度控制的要求，需要合理的錐度來滿足撓度要求，而錐度過大又會導致根徑過大，既浪費材料又影響美觀。稍徑的大小直接影響著整個桿身的尺寸，稍徑的取值既要滿足構造要求，又要滿足撓度要求。通過反復計算比較及歷年的設計經驗，鋼管桿的錐度可參考表1進行取值，梢徑可參考表2取值。在設計中，取值由荷載的大小決定，單回路小截面導線靠近下限進行取值，雙回路、多回路、大截面導線可靠近上限取值。

表1 鋼管桿錐度取值

表2 鋼管桿稍徑取值

（2）截面形狀。常用鋼管桿有環形截面和多邊形截面。鋼管桿的撓度與截面慣性矩成反比，在同一荷載下，鋼管截面越趨于環形，撓度越小。從力學角度分析，環形截面優于多邊形截面。雖然環形截面在加工上也可實現，但較多邊形截面難度大，且環焊縫較多，因此在實際工程中常采用多邊形截面。110 kV單回路直線桿和0°～40°轉角桿多采用八邊形截面，雙回、多回或40°～90°單回轉角桿多采用十二邊形截面。220 kV單回路直線桿和0°～40°轉角桿多采用十二邊形截面，雙回、多回或40°～90°單回轉角桿多采用十六邊形截面。

（3）桿段劃分。鋼管桿壁厚由上至下逐漸增大，需分為若干段，因受運輸、鍍鋅和模型壓制的限制，桿段長一般不超過12 m。桿段太長不宜運輸和加工，太短連接點太多，增加了桿重。在設計時，需要對桿段長度反復試算，使得每段桿件受力均勻，這樣不但滿足了安全要求，也優化出了最佳塔重。通常每段長度宜在10 m左右。

3.合理選材。鋼管桿的鋼材一般采用Q235、Q345兩種，以上兩種鋼材的材料性能可滿足大多數的工程條件。對于220 kV大截面導線、雙回路的桿身選用Q345鋼時，鋼管桿則較重，在撓度可控、最低溫度不低于-40 ℃時，部分桿段可采用Q420鋼，可有效降低桿重。

4.控制桿身撓度的其他方法。由于鋼管桿構件規格常由撓度控制，在計算時只能通過加大桿身尺寸來滿足撓度要求。一般使用鋼管桿就是因為廊道狹窄，場地有限。 在遇到多回路或高電壓等級時，計算出來的鋼管桿根徑很大，以至于施工場地不夠。在鋼管桿的下段使用鋼管混凝土，即在桿段下部組立完成后在鋼管內滿澆混凝土，這樣大大提高了桿身的剛度，有效地減小了桿身的撓度，從而減小了桿身尺寸。一般城區商混很方便，這種方式施工操作性很強，是一種實用的設計方法。

三、結束語

（1）輸電線路鋼管桿的主體結構為不等徑的鋼管構件，抗側剛度，桿端撓度相應較大，在鋼管桿設計計算時，其選材一般由撓度控制。

（2）桿型規劃對工程造價影響較大，需綜合考慮線路路徑、轉角范圍等諸多因素的影響。

（3）分析了錐度、梢徑等對鋼管桿設計的影響，給出了錐度、梢徑的建議值。

（4）對于承受荷載較大的鋼管桿，可部分使用鋼管混凝土結構，以減小桿重及占地面積。

參考文獻

[1]王燮山，顧煜炯.送電線路拔梢鋼管桿撓度的解法及簡捷法[J].現代電力，2002，19（3）：35 ～40.

[2]架空送電線路鋼管桿設計技術規定（DL/T 5230-2001）.

[3]東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊.

摘 要 本文分析鋼管桿的桿型規劃、幾何尺寸、桿身分段、鋼管混凝土結構等因素對鋼管桿設計的影響。

關鍵詞 架空輸電線路 鋼管桿 撓度 錐度 鋼管混凝土

一、引 言

隨著城鎮化建設步伐的加快，配套的電網建設緊跟其后，輸電線路聯網日趨完善、智能，同時為了不影響或少影響城市規劃，城區、市郊和開發區輸電線路桿塔而越來越多的采用鋼管桿。與鐵塔相比，鋼管桿具有美化市容，施工安裝方便，占地面積小的特點。鋼管桿相對于角鋼塔造價高，鋼管桿設計在工程投資中起著非常重要的作用，因此，優化設計是節約投資的有效途徑。鋼管桿造價受荷載大小、制造工藝、施工方法、運輸距離等因素的影響，在設計中應綜合考慮上述因素。

二、鋼管桿計算控制因素

輸電線路鋼管桿的主體結構為多邊不等徑的鋼管構件，抗側移剛度較格構式鐵塔小很多，故在同一工況荷載作用下，桿端撓度較大。《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》（DL/T 5130-2001）規定了在荷載的長期效應組合作用下，鋼管桿桿頂的最大撓度不應超過下列數值：直線桿不大于桿身高度的5‰，直線轉角桿不大于桿身高度的7‰；轉角和終端桿不大于桿身高度的20‰。鋼管桿在設計中若根據強度控制選材，直線桿最大撓度將超過規范限值，轉角桿和終端桿的撓度甚至可達到30‰以上，遠遠超過了《架空送電線路鋼管桿設計技術規定》對撓度的要求。因此，與格構式鐵塔不同，輸電線路鋼管桿在大多數情況下，構件的規格往往由撓度控制。

直線鋼管桿的撓度是由導地線的水平荷載及垂直荷載、集中彎矩、桿身風荷載、撓度的二次效應產生的，耐張鋼管桿的撓度主要是由導地線的線條張力及水平荷載作用產生的。

三、鋼管桿的設計要點

1.桿型規劃。桿型的規劃決定著荷載的大小，而荷載作用是鋼管桿設計中的決定因素，因此，桿型規劃對工程造價的影響很大。在桿型規劃時，首先應配合電氣專業綜合分析該工程的路徑、沿線地形、地質、地物及跨越的障礙物等，確定桿型的經濟呼高及檔距。轉角桿的角度劃分是耐張桿規劃中的重要環節，角度力往往控制轉角桿的選材，一般以20°劃分一檔。如果該工程路徑曲折系數大，轉角數量多且角度使用廣，可對角度劃分進一步細化，可按10°一檔劃分。在鋼管桿設計時，桿型的規劃相當關鍵，需綜合、全面的分析和考慮。

2.幾何尺寸。鋼管桿的錐度、梢徑、截面形狀、桿段劃分是鋼管桿設計的直接影響因素。（1）錐度和梢徑。錐度由鋼管桿所受荷載的大小決定，鋼管桿所受荷載越大，彎矩包絡圖斜率就越大，從而需要越大的錐度以保證受力合理。同時由于撓度控制的要求，需要合理的錐度來滿足撓度要求，而錐度過大又會導致根徑過大，既浪費材料又影響美觀。稍徑的大小直接影響著整個桿身的尺寸，稍徑的取值既要滿足構造要求，又要滿足撓度要求。通過反復計算比較及歷年的設計經驗，鋼管桿的錐度可參考表1進行取值，梢徑可參考表2取值。在設計中，取值由荷載的大小決定，單回路小截面導線靠近下限進行取值，雙回路、多回路、大截面導線可靠近上限取值。

表1 鋼管桿錐度取值

表2 鋼管桿稍徑取值

（2）截面形狀。常用鋼管桿有環形截面和多邊形截面。鋼管桿的撓度與截面慣性矩成反比，在同一荷載下，鋼管截面越趨于環形，撓度越小。從力學角度分析，環形截面優于多邊形截面。雖然環形截面在加工上也可實現，但較多邊形截面難度大，且環焊縫較多，因此在實際工程中常采用多邊形截面。110 kV單回路直線桿和0°～40°轉角桿多采用八邊形截面，雙回、多回或40°～90°單回轉角桿多采用十二邊形截面。220 kV單回路直線桿和0°～40°轉角桿多采用十二邊形截面，雙回、多回或40°～90°單回轉角桿多采用十六邊形截面。

（3）桿段劃分。鋼管桿壁厚由上至下逐漸增大，需分為若干段，因受運輸、鍍鋅和模型壓制的限制，桿段長一般不超過12 m。桿段太長不宜運輸和加工，太短連接點太多，增加了桿重。在設計時，需要對桿段長度反復試算，使得每段桿件受力均勻，這樣不但滿足了安全要求，也優化出了最佳塔重。通常每段長度宜在10 m左右。

3.合理選材。鋼管桿的鋼材一般采用Q235、Q345兩種，以上兩種鋼材的材料性能可滿足大多數的工程條件。對于220 kV大截面導線、雙回路的桿身選用Q345鋼時，鋼管桿則較重，在撓度可控、最低溫度不低于-40 ℃時，部分桿段可采用Q420鋼，可有效降低桿重。

4.控制桿身撓度的其他方法。由于鋼管桿構件規格常由撓度控制，在計算時只能通過加大桿身尺寸來滿足撓度要求。一般使用鋼管桿就是因為廊道狹窄，場地有限。 在遇到多回路或高電壓等級時，計算出來的鋼管桿根徑很大，以至于施工場地不夠。在鋼管桿的下段使用鋼管混凝土，即在桿段下部組立完成后在鋼管內滿澆混凝土，這樣大大提高了桿身的剛度，有效地減小了桿身的撓度，從而減小了桿身尺寸。一般城區商混很方便，這種方式施工操作性很強，是一種實用的設計方法。

三、結束語

（1）輸電線路鋼管桿的主體結構為不等徑的鋼管構件，抗側剛度，桿端撓度相應較大，在鋼管桿設計計算時，其選材一般由撓度控制。

（2）桿型規劃對工程造價影響較大，需綜合考慮線路路徑、轉角范圍等諸多因素的影響。

（3）分析了錐度、梢徑等對鋼管桿設計的影響，給出了錐度、梢徑的建議值。

（4）對于承受荷載較大的鋼管桿，可部分使用鋼管混凝土結構，以減小桿重及占地面積。

參考文獻

[1]王燮山，顧煜炯.送電線路拔梢鋼管桿撓度的解法及簡捷法[J].現代電力，2002，19（3）：35 ～40.

[2]架空送電線路鋼管桿設計技術規定（DL/T 5230-2001）.

[3]東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊.