電力線路鐵塔結構設計的現狀和優化措施

黑文豪

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司 湖南長沙 410007）

電力線路鐵塔結構設計的現狀和優化措施

黑文豪

（中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司 湖南長沙 410007）

現如今，電網建設規模逐漸擴大，輸電線路作為電網中十分重要的組成部分，是工農業發展的關鍵。輸電線路施工環境具有一定的特殊性，因此，為了保證工程建設進度和施工質量，需要做好相應的優化設計。對此，本文將以輸電線路鐵塔結構設計作為研究對象，對鐵塔結構設計中存在的問題以及具體的優化對策進行詳細探究，以保障工程建設的順利進行。

線路；鐵塔結構；優化設計

1 引言

隨著社會經濟的快速發展，各個行業領域對于電能的需求量持續增加，用電負荷也在不斷提升。與此同時，輸電線路假設線路走廊寬度越來越小，交叉跨越現象逐漸增加，跨越高度也越來越大。因此，優化輸電線路鐵塔結構設計至關重要。

2 輸電線路鐵塔結構設計原則

輸電線路鐵塔是實現電網電力供應以及電力輸送的關鍵，鐵塔分布在各個電力系統的干線以及分支線路中，在電網輸送方面發揮著十分重要的作用。為了有效提升電網電力輸送系統的安全性和穩定性，必須采取有效措施優化輸電線路鐵塔結構設計，提升其安全性。由此可見，在電力輸送系統中，電力鐵塔發揮著十分關鍵的作用，因此，在鐵塔結構設計方面，應該堅持結構設計高標準，而這也是設計人員的工作難點，如何堅持因地制宜，對電力鐵塔結構進行優化設計是鐵塔結構設計的重點和難點。在鐵塔結構設計過程中，設計人員必須堅持一定的設計原則進行設計，堅持有證可循，這樣才能夠確保產品設計具有較高的說服力，提升鐵塔結構設計科學性和合理性。具體而言，在輸電線路鐵塔結構設計過程中，應該堅持以下幾點：

（1）在輸電線路鐵塔結構設計過程中，需要合理設置絕緣配置，這樣才能夠保證輸電線路運行的安全性和可靠性。

（2）在輸電線路鐵塔結構設計過程中，還需要綜合考慮當地氣象條件，根據氣象條件采用不同的輸電線路級別，仔細衡量氣象條件重現期，然后合理確定氣象條件取值。

（3）在輸電線路鐵塔結構設計過程中，還需要考慮鐵塔結構的防雷性。隨著地線平均高度的不斷增加，輸電線路受到雷擊影響的次數也會逐漸增多，因此需要結合實際情況合理確定鐵塔高度。

（4）地線的安全系數設計也是輸電線路鐵塔結構設計的重要內容，地線的安全系數取值會直接影響導線的實際運行情況，而且還會關系到荷載程度。

（5）在輸電線路鐵塔結構設計過程中，施工材料、安裝工序以及施工方法也會在很大程度上影響輸電線路鐵塔的安全狀況，因此，必須在確保輸電線路安全運行的基礎上合理選擇施工材料和施工方法。

3 輸電線路鐵塔結構設計要點

3.1 塔頭鉸結點設置

在進行輸電線路鐵塔結構設計時，需要對鐵塔內力進行分析，在此過程中，可以講桿系結點作為鉸接點。塔頭鉸結點設置指的是對兩鉸拱或三鉸拱力學模型進行選擇。過去，設計人員在進行鐵塔結構設計時，一般采用過渡鉸鋼式的構造結構形式，不僅更加接近原力學模式，而且有利于節約施工材料。近年來，隨著科學技術的不斷發展，在鐵塔結構設計時，一般采用三鉸拱塔頭形式，在實際施工中，有些鐵塔中間鉸的部位下還需要加設平連桿，因此，還需要考慮三鉸拱內力。

3.2 桿系布置

對于桿塔的選型，需要綜合考慮沿線地區的水文氣象地質情況，并且盡量選擇工程導線型號以及工程區域內使用年限較多的桿塔型作為選擇對象。通常情況下，平原或丘陵地區的桿塔型主要是拉線桿塔或鋼筋混凝土桿形式；城市或郊區以鋼管桿塔為主；另外，走廊狹窄或清理費用高、清理難度大的走廊地帶，則主要選擇垂直或導線三角形桿塔形式。桿系布置的合理性，不僅與節點構造密切相關，而且還與桿件本身的功能有一定的關聯。

3.2.1 導線橫擔下平面斜材布置

交叉斜材式是導線橫擔下平面斜材布置中最為常見的，同時，交叉斜材布置到導線橫擔根部一般是將斜材直接連接到導線橫擔材料上，在縱向荷載的作用下，就會造成連接部位的主材或節點板出現變形問題。因此，在具體的設計環節，設計人員需要在這一節點位置增設短角鋼，以此有效增強在縱向荷載這一作用下這一節點位置的抵抗能力。另外，還可以采用改進桿系布置的形式，提升設計方案的科學性和合理性。

3.2.2 塔腿平連桿的使用

近年來，在真型塔試驗過程中，需要綜合考慮平連桿的使用情況。力學模型從靜定到超靜定的變化主要表現在塔腿結構加設平連桿的設計中。在具體的設計過程中，如果采用平連桿，則還需要對桿件進行結構設計。在鐵塔結構設計過程中，如果平連桿設計部合理，則會造成設計誤差增加。

3.2.3 塔身斜材的布置

斜材對外荷載抵抗力矩的選擇以及計算長度的選擇都是制約塔身斜材的基本條件的主要因素，另外，塔身斜材的布置形式還與塔身寬度有一定關聯。

3.3 大坡度塔身

現如今，在輸電線路鐵塔結構設計過程中，大坡度塔身已經得到廣泛推廣和應用。采用大坡度塔身設計形式，不僅能夠有效減少基礎作用力，而且還能夠降低基礎材料耗量?，F如今，隨著大負荷塔型數量的不斷增加，大坡度塔身也越來越常見。

4 輸電線路鐵塔結構優化設計

（1）在進行電力工程輸電線路鐵塔結構設計時，應該結合實際情況合理確定檔距，具體而言，可以對鐵塔設計指標進行合理計算和優化，通過對桿距、桿塔距之間的檔距進行計算，并且綜合考慮經濟指標、排位指標等，能夠合理計算出桿塔的水平、垂直檔距，優化鐵塔結構設計。

（2）在電力工程輸電線路鐵塔結構中，角鋼是十分重要的組成材料，因此，在進行鐵塔結構設計時，必須充分考慮較高的截面特性，同時，還需要綜合考慮角鋼的材質、生產情況以及規格等等，這樣才能提升鐵塔結構設計水平。

（3）在電力工程輸電線路鐵塔結構中，還應該合理選擇施工材料。通常情況下，塔身主材長度較大、接頭較少，而且在各段的受力情況也有所不同，因此，需要分段設計，避免出現浪費。另外，塔身的斜材部分與主材的分割長度及輔助材料有很大關聯，斜材與水平面的夾角是充分發揮斜材承載能力的關鍵，因此，主材與斜材必須相互配合，簡化布材方式，明確承載力。

（4）在電力工程輸電線路鐵塔結構中，塔身坡度優化設計也十分重要，塔身坡度設計形式與塔身主材、斜材的規格和基礎作用力的大小有很大關聯，因此，為了保證塔材應力分布均勻，必須合理選擇塔身坡度，在保證鐵塔強度和剛度的條件下，選出最優的坡度。

（5）鐵塔與基礎同時優化設計。鐵塔與基礎同時優化設計目標位在鐵塔建設過程中盡量減少鋼材使用量，因此，在設計過程中，首先需要計算好塔身坡度，這樣能夠有效提升鐵塔設計的經濟性，在對其進行優化設計的過程中一定要將其和基礎的設計有機的結合，一般來說將塔件的傾斜程度控制在主材開合腳允許的范圍內，不然不僅會影響塔桿的穩定性，同時還會嚴重影響到鋼材的使用量。

5 結語

綜上所述，輸電線路鐵塔結構設計在輸電線路設計體系中具有十分重要的地位，其性能和設計質量會直接影響整個輸電線路實際運行經濟效益。本文主要對輸電線路鐵塔結構設計要點以及優化設計方法進行了詳細探究。在具體設計中，還需要以現代化科學理念為依據，在完善結構設計策略的基礎上優化設計要點，保障鐵塔在輸電線路運行中的功能，實現輸電線路的安全、穩定運行。

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1004-7344（2016）32-0142-02

2016-10-19