關于輸電線路桿塔結構優化設計的淺析

廖林宏

（福州萬山電力咨詢有限公司，福建 福州 350100）

0 引言

輸電線路桿塔在電力網絡建設中，主要是對架空輸電線路的支撐作用，通過輸電線路桿塔使輸電線路與地面保持相應的距離，從而能夠對輸電線路起到很好的保護作用，降低地面人為活動以及天氣因素對輸電線路運行安全性的影響。當前我國所采用的輸電線路桿塔在結構設計方面還存在著一定問題，與電力網絡建設目標不符合，不能適應新時代電力網絡建設的基礎需要。為此，需要對輸電線路桿塔進行結構設計優化，使其承載能力、穩定性以及對輸電線路的保護作用能夠提升，從而促進我國電力網絡建設發展。

1 輸電線路桿塔基本概念概述

在輸電線路建設過程中，輸電線路桿塔的主要作用是支撐架空導線和地線的基礎裝置，輸電線路桿塔的制造材料主要有鋼材料和混凝土材料。輸電線路桿塔的應用，主要目的是降低惡劣天氣環境和地面人為活動對輸電線路的影響，通過使輸電線路與地面保持一定的高度，從而能夠保證輸電線路運行穩定性和安全性，保證電力能源能夠高效地輸送到用電戶終端，是保證電力能源輸送的重要基礎設施。因此，輸電線路桿塔具有重要的作用，所以需要加強對輸電線路桿塔結構的優化設計。當前我國輸電線路網絡建設中，輸電線路桿塔的結構主要有角鋼塔型結構、預制水泥桿型結構以及鋼管桿型結構，角鋼塔型結構是最為常見的結構類型，該結構較為穩定，使用壽命較長，但是制造成本較高，施工難度較大，后期維護施工的難度較大，因此需要對現有輸電線路桿塔結構進行優化，保證使用安全性和穩定性[1]。

2 輸電線路桿塔建設發展現狀分析

現階段，我國輸電線路桿塔在結構設計與制造工藝方面還存在著一些問題，已經不能滿足當前我國輸電線路網絡建設實際需求。我國當前輸電線路桿塔制造生產企業主要可以分為兩種類型，第一種為以人力手工生產為主的企業類型，這類企業主要是由民營企業所構成，在輸電線路桿塔結構設計方面的能力較低，且綜合生產水平較差，主要通過制造人員手工加工完成，所以不能好很地保證輸電線路桿塔加工制造質量，也基本不具備輸電線路桿塔結構優化設計能力。第二種為大型的國有企業為主，這些企業是一般為電力建設部門的制定桿塔制造企業，生產能力較強，但是綜合來看依然停留在手工傳統生產模式，生產水平較低，輸電線路桿塔結構設計優化能力較差。因此，當前我國較為先進的輸電線路桿塔主要依靠從國外引進生產設備、生產工藝以及結構設計方案等，尤其是在輸電線路桿塔結構優化設計方面，當前我國主要的桿塔設計單位與制造單位之間缺乏合作，各單位相對獨立，沒有形成完整的產業鏈條，從而導致設計對輸電線路桿塔力學計算，缺少計算方法與現代信息技術建模之間的聯系，從而導致部分輸電線路桿塔結構設計方案缺乏實踐應用價值，許多設計方案在生產制造環節無法實現。這種生產與設計分離作業模式對我國輸電線路桿塔結構設計優化工作產生了很大的影響，需要采用科學的設計作業模式，才能滿足輸電線路桿塔結構優化設計需求[2]。

3 當前我國輸電線路桿塔結構方面存在的主要問題分析

根據當前我國輸電線路桿塔的應用現狀來看，可以發現輸電線路桿塔在結構方面還存在著一些問題，主要體現在以下幾個方面：

3.1 結構選材方面

材料是保證輸電線路桿塔結構強度的重要因素，當前主要的材料為鋼材料和混凝土材料，但是隨著我國現代材料行業的不斷發展，多種新型材料卻沒有在輸電線路桿塔中使用，部分新型材料具有成本造價低、結構強度大的優點，能夠全面提升輸電線路桿塔強度和承載能力，但是卻沒有在輸電線路桿塔結構優化設計中使用，因此需要根據輸電線路桿塔設計需求，選擇更多新型材料。

3.2 結構強度方面

輸電線路桿塔對于結構強度的要求較高，因為需要承載輸電線路重量以及天氣因素產生的外部作用力，如果輸電線路桿塔結構強度不足，則容易出現倒塌、折斷等問題，從而導致輸電線路無法正常輸送容量。當前我國輸電線路桿塔結構強度還存在著一些問題，因為我國輸電線路網絡經過了全面的改造和升級，對于桿塔的承載能力要求更高，現階段輸電線路桿塔結構強度已經難以滿足實際輸電線路的承載力需求，所以需要對結構進行優化[3]。

3.3 缺乏設計軟件的應用

在現代信息技術高速發展的背景下，出現了多種能夠對桿塔結構進行優化的計算機軟件，但是在實際輸電線路桿塔結構設計過程中，因為缺乏專業人員，當前輸電線路桿塔設計中軟件應用沒有取得很好的效果，軟件設計存在不夠智能化的問題，為設計人員增加了較多阻力，從而無法提升設計效率。

4 輸電線路桿塔結構設計優化方法分析

針對當前我國部分地區所使用的輸電線路桿塔結構不合理問題，需要結合實際建設情況，采用科學的設計方法，對現階段我國輸電線路桿塔主流結構進行優化，從而使其能夠與我國電力網絡建設需求相匹配。

4.1 動態規劃結構優化設計方法

輸電線路桿塔結構的優化設計主要目標是實現質量更高、重量更輕、造型更加美觀、加工更為簡單以及運輸更為方便，通過采用動態規劃方法，能夠很好地實現結構優化設計目標。動態規劃結構優化設計方法是指，當解決某個問題時，需要運用多種手段進行解決，通過多種不同方法的互補，能夠達到對輸電線路桿塔結構進行優化的目的。在具體的設計過程中，設計人員需要深入輸電線路桿塔安裝現場，調查安裝現場的實際情況，準確掌握地理環境因素以及天氣氣候因素，根據力學原理對輸電線路桿塔結構進行計算，降低輸電線路桿塔的迎風面積，從而降低風力對塔桿的影響，并選擇合理的制造材料，在保證桿塔強度的基礎上，減少桿塔整體尺寸和占地面積，能夠提高輸電線路桿塔結構實用性。通過多種設計方法的優勢更加突出，能夠設計出結構更為簡單、施工更為便利、造型更加美觀的輸電線路桿塔，動態規劃結構優化設計方法具有良好的作用。

4.2 塔頭選擇優化設計

塔頭是輸電線路桿塔結構中的核心部分，是對輸電線路桿塔使用性能影響最大的關鍵結構。當前我國輸電線路桿塔的塔頭結構主要有干字形結構和羊字形結構，其中羊字形塔頭結構的使用率更高，因為羊字形塔頭結構實用性更強，綜合重量更低，能夠降低對下部塔桿的壓力；干字形塔頭的重量相對較高，但是強度也相對較大。以上兩種塔頭結構有著各自的優點，需要根據輸電線路建設高度、重量以及當地的風力大小等確定，如果輸電線路的高度較高，風力較小，則可以采用羊字形塔頭結構，如果輸電線路桿塔安裝現場風力較大，或對桿塔的高度要求較低，則可以采用干字形塔頭結構[4]。除此之外，近些年來我國部分地區輸電線路桿塔塔頭設計也出現了一些新型的結構形式，取得了良好的效果，但是存在著一定的局限性，一般是根據輸電線路桿塔安裝施工當地影響因素計算而設計的塔頭結構，所以應用存在著一定的局限性，但是卻拓展了我國輸電線路桿塔結構優化設計思路，為桿塔結構設計優化提供了新的發展方向。

4.3 桿塔結構連接和節點優化設計

輸電線路桿塔在結構方面的優化設計首先需要確保結構簡單，因為輸電線路桿塔建設數量較多，如果結構復雜還導致實用性降低，還會增加施工建設成本。在輸電線路桿塔受力結構設計中，需要盡量確保受力構件的軸心線能夠即集中在一點，降低偏心受力；輸電線路桿塔的構件連接，需要盡量使用多排螺栓，斜材需要與主材連接；主材在節點處需要保證具有雙面傳力效應，如果不能保證雙面傳力，則需要設置保護措施；輸電線路桿塔的結構強度與連接方式有著直接的聯系，所以需要在保證受力范圍不變的情況下，優化結構連接方式，使內部各構件的受力更加均勻合理，從而能夠全面提升輸電線路桿塔結構強度，促進桿塔綜合質量提升[5]。

4.4 桿塔新型結構設計

輸電線路網絡建設規模不斷提升，對于輸電線路桿塔的結構質量有了更高的要求。但是受到城市環境、地形地貌等因素的制約，輸電線路建設空間被不斷壓縮，常用的角鋼塔已經不能滿足城市地區輸電線路網絡建設需求，所以針對輸電線路桿塔結構優化的研究方向主要在降低占地面積方面。因為鋼管桿結構加工制造難度較高，但是因為結構較為簡單，且造型更加美觀，適合在城市中使用，能夠與城市景觀很好地結合，城市中使用的鋼管桿結構輸電線路桿塔主要有單桿和雙桿兩種形式，單桿應用更多，針對鋼管桿輸電線路桿塔的結構優化，主要需要注重以下幾點內容：（1）在鋼管桿輸電線路桿塔設計前期，需要做好輸電線路網絡建設調查，了解輸電線路網絡建設環境的基本信息，從而確定最佳的鋼管桿形式。（2）根據調查資料，確定最佳的鋼管桿桿身和橫坦連接方式，桿身連接可以選擇插接與法蘭連接，如果采用法蘭連接，則需要加強對重量和強度的控制與計算，從而能夠滿足法蘭連接基本特點。（3）在確保輸電線路桿塔結構質量的基礎上，需要對鋼管材料的厚度和質量進行優化，以降低重量的為主要目的，能夠全面提升結構強度。

5 輸電線路桿塔結構設計優化主要方向

我國現代電力網絡建設基本為引進先進的輸電線路桿塔結構優化設計理論體系，結合我國具體的實際情況，通過調整和創新使其能夠為我國電力網絡建設而服務；在輸電線路桿塔結構物理性能計算方面，需要更多地采用現代計算機軟件進行模型計算，從而能夠提高計算結構準確性，保證輸電線路桿塔結構承載能力和受力情況更加科學，是優化結構的重要方式。通過多措并舉的方式，能全面提升我國輸電線路桿塔結構優化工作質量。

6 結束語

綜上所述，本文全面闡述了當前我國輸電線路桿塔結構方面存在的問題，并以問題為切入點，提出了多項有效的優化措施，希望能夠對我國電力網絡建設事業發展有所幫助，提高我國電力網絡建設質量，為社會群眾提供更加穩定的電力能源輸送服務。