第一講 桿塔荷載

1、輸電桿塔及基礎設計培訓講義陳祥和 主講第一講桿塔荷載 第一節(jié)第一節(jié) 桿塔分類桿塔分類一、按荷載隨時間的變異可分一、按荷載隨時間的變異可分 永久荷載：永久荷載： 包括桿塔自重荷載、導線、避雷線、絕緣子、金具的重力及其它固定設備的重力,土壓力和預應力等. 荷載。 可變荷載：可變荷載： 包括風荷載、導線、避雷線和絕緣子上的覆冰荷載，導線避雷線張力、事故荷載、安裝荷載和驗算荷載和人工和工具等附加等 特殊荷載：特殊荷載： 地震引起的地震荷載，以及在山區(qū)或特殊地形地段，由于不均勻結冰所引起的不平衡張力等荷載。 二、按荷載作用在桿塔上方向分二、按荷載作用在桿塔上方向分 據(jù)計算需要，將它據(jù)計算需要，將它們分們

2、分 解成作用在桿塔解成作用在桿塔上的垂直荷載、上的垂直荷載、橫向橫向水平荷載水平荷載、縱向水平縱向水平荷載荷載, ,如圖如圖1 11 1。 特別說明特別說明: : 荷載有荷載有: : 1 1 、荷載標準值荷載標準值 按照各種荷標準規(guī)定計算按照各種荷標準規(guī)定計算而得的荷載叫標準荷而得的荷載叫標準荷, ,如桿塔如桿塔塔身自垂為體積乘容重塔身自垂為體積乘容重, ,風風載為基本風壓乘擋風面積載為基本風壓乘擋風面積. . 2 2 、荷載設計值荷載設計值 荷載標準值乘分項系數(shù)荷載標準值乘分項系數(shù) 一般分項系數(shù)一般分項系數(shù): : 永久荷載取永久荷載取1.21.2 可變荷載取可變荷載取1.41.4 圖11 第

3、二節(jié)桿塔標準荷載計算方法第二節(jié)桿塔標準荷載計算方法 一、自重荷載一、自重荷載 1導線、避雷線的自重荷載 無冰時 覆冰時 式中n 每相導線子導線的根數(shù)； 桿塔的垂直檔距，m； 1 導線、地線無冰垂直比載， n/m.mm2； 2 導線、地線覆冰垂直比載，n/m.mm2； a 導線、地線截面面積 mm2。 2絕緣子串、金具的垂直荷載 無冰時為絕緣子串、金具自重 ， 可查絕緣子及各組合絕緣子串的金具重量表。 覆冰時 式中k覆冰系數(shù) valng1valng2jgjjkgg vl3桿塔自重荷載 桿塔自重荷載可根據(jù)桿塔的每根構件逐一統(tǒng)計計算而得，也可根據(jù)設計經(jīng)驗，參照其它同類桿塔資料，做適當假定獲得。例1-

4、1已知某導線自重比載1d35.8 n/m. 導線垂直檔距l(xiāng)v368m，導線水平檔距為lp245m，導線采用lgj150/35，截面面積為ad181.62 ，絕緣子串和金具的總重量為530n（7片x4.5），求導線作用在桿塔上的垂直荷載標準值。解：導線重量gd：2mm2mmjdddddglag1n291352036862.181108 .363二、導線、避雷線張力引起的荷載計算二、導線、避雷線張力引起的荷載計算張力引起的荷載是不平衡張力張力引起的荷載是不平衡張力直線型桿塔：直線型桿塔：（1）正常運行情況 不出現(xiàn)不平衡張力，但當氣象條件發(fā)生變化時，或因檔距、高差不等引起荷載改變，從而產(chǎn)生縱向不平衡

5、張力。（2）事故斷線時 在縱向產(chǎn)生斷線張力。 轉角桿塔、耐張型桿塔：轉角桿塔、耐張型桿塔：張力分解成橫向荷載（稱角度荷載）和縱向荷載（稱不平衡張力）。1角度荷載：產(chǎn)生橫向荷載（如圖12） pjt1sin1t2sin2 式中 、桿塔前后導線張力 ； 、導線與桿塔橫擔垂線間的夾 角（）。 當122時，（為線路轉角）則 pj=(t1+t2)sin/2 當0時pj0為直線型桿塔 圖12a圖12b2不平衡張力：產(chǎn)生縱向荷載（如圖13）t=t1cos1-t2cos2 當122時 則： t=（t1-t2）cos2 當t1=t2時，t=0；當=0時，為直線型桿塔， t =t1-t2。 2t1t1t1t1t1t

6、12t2t2t1sin2t222sin1t2sin2t21sint1圖13a圖13b3. 斷線張力荷載 產(chǎn)生縱向水平荷載直線桿塔：按規(guī)程規(guī)定了直線桿塔的導線、地線的斷線張力分別取各自最大使用張力乘以一個百分比值。 tdtdmax.x%式中 td斷線張力 n tdmax導、地線最大使用張力， tdmax tp/kc n； tp導、地線的拉斷力，n（查導線手冊）； 2t1t1t1t1t1t12t2t2t122cos1t2cost22cos1cost1t22 kc導、地線的設計安全系數(shù)，導線取k 2.5，地線取k2.7； x%最大使用張力百分比值，按規(guī)程 規(guī)定選用； 對各級電壓的耐張桿塔、轉角桿塔及

7、終端桿塔導線斷線張力取最大使用張力的70%。地線的斷線張力取最大使用張力的80%。 例12 已知某干字型轉角桿塔的轉角為 900 ，正常運行情況桿塔前后導線張力（標準值）為t12500n，t22000n, 并且 ，試求作用在桿塔下橫擔上縱向水平荷載和橫向水平荷載的荷載標準值，要求畫出荷載示意圖 解：根據(jù)題意有 ,作用在下橫擔上的角度力（橫向水平荷載標準值）為 pj（t1t2）sin /2 （25002000）sin /2 3181.5n 不平衡張力(縱向水平荷載標準值） t（t1t2）cos /2 =(2500-2000) cos /2 353.5n0902109009009021例13 已知

8、某220kn線路耐張自立鐵塔，地線采用： 176.61370ayb/t5004-2001型，試求該地線斷線張力。解：查表得破壞拉斷力tp 33.50kn，安全系數(shù)取2.7，地線最大使用張力百分比值為80%。地線最大使用張力： 地線斷線張力：tdtdmax.x%12.4180%9.93kn knkttcp41.127 . 250.33max 三、風荷載的計算三、風荷載的計算 1、導線、地線風荷載的計算 (1)風向垂直于導線的風荷載計算 (2)風向與導線不垂直時風荷載計算 風向垂直于導線的風荷載計算: 當風向與導、地線垂直時，導、地線的風荷載用下式計算： 無冰時 p=4alpcos/ 2 n 覆冰

9、時 p=5alpcos/2 n 式中 4、5分別為無冰、覆冰風壓比載，; a導、地線截面面積， ； lp水平檔距，m； 線路轉角。 例14已知某輸電線路水平檔距為350m，垂直檔距為460m，正常情況下最大風、無冰，導線的垂直比載r1d=35.80 ，導線風比載r4d(25) =35.19 ,試求作用在桿塔導線上的水平荷載標準值。解： 水平荷載：p= r4d(25) adlp=35.19 181.623502236.9n 2./mmmn2mm3103103102. 桿塔塔身風荷載的計算 風向作用在與風向垂直的結構物表面的風荷載用下 pg=zszafw0 式中 z風壓高度變化系數(shù)， s構件體形系

10、數(shù),采用下列數(shù)值環(huán)形截面鋼 筋混凝土桿0.7 圓斷面桿件：當w0d20.002時 1.2 當w0d20.015時 0.7 (上述中間值按插入法計算) 由圓斷面桿件組成的塔架 (0.71.2)(1+)型鋼(角鋼、槽鋼、工字型和方鋼) 1.3 由型鋼桿件組成的塔架 1.3(1+) d圓斷面桿件直徑，m； af構件承受風壓投影面積計算值，m2； 塔架背風面荷載降低系數(shù)， z桿塔風荷載調(diào)整系數(shù)。 w0基本風壓，w0v2/1600，k/m2 af桿塔塔身構件承受風壓的投影面積計算值 對電桿桿身：ac=h(d1d2)/2 對鐵鐵身： ac=h(b1+b2)/2 h計算段的高度 m d1、d2電桿計算風壓段

11、的頂徑和根徑 m，錐度為1/75的錐形電桿d2為d2= d1+ h/75； b1、b2鐵塔塔身計算段內(nèi)側面桁架（或正面桁架）的上寬和下寬 鐵塔構架的填充系數(shù)，一般窄基塔身和塔鐵塔構架的填充系數(shù)，一般窄基塔身和塔 頭取頭取0.20.3，寬基塔塔身可取，寬基塔塔身可取0.150.2,考考 慮節(jié)點板擋風面積的影響慮節(jié)點板擋風面積的影響,應再乘以風壓增應再乘以風壓增 大系數(shù)大系數(shù),窄基塔取窄基塔取1.2,寬基塔取寬基塔取1.1 。3絕緣子串風荷載的計算絕緣子串風荷載的計算 pj=n1(n2+1)sz ajw0 kn式中式中 n1一相導線所用的絕緣子串數(shù)；一相導線所用的絕緣子串數(shù)； n2每串絕緣子的片數(shù)

12、每串絕緣子的片數(shù),加加“”表示金具表示金具受風受風 面相當于片絕緣子；面相當于片絕緣子； s絕緣子串風載體型系數(shù)；絕緣子串風載體型系數(shù)；z風壓隨高度變化系數(shù)； a每片的受風面積，單裙取0.03m2，雙裙 取0.04m2；w0 其本風壓，其本風壓， kn/m2 例15已知拉線電桿高度21m，埋深2m ，電桿外徑d=500mm,內(nèi)徑d=400mm， 電壓等級110kv，級氣象區(qū)，試計算作用在桿身上的風荷載標準值。解：查表得 高度20m，電壓110kv，地面粗糙度b類 風壓高度變化系數(shù)取z=1.10 桿塔風荷載調(diào)整系數(shù)z=1.0 環(huán)形截面鋼筋混凝土電桿 構件體形系數(shù)取s=0.7 p=zszafw0=

13、1.100.71.00.5252/1.6 =236.7n/m 答：作用在桿身上的風荷載標準值為236.7n/m 第三節(jié)第三節(jié) 桿塔外形尺寸的確定桿塔外形尺寸的確定 桿塔外形尺寸的確定，除要求滿足電氣條件外，同時要求滿足結構的合理性、經(jīng)濟性以及外形的美觀。桿塔外形尺寸主要包括桿塔呼稱高、橫擔長度、上下橫擔的垂直距離、地線支架高度、地線掛點之間水平距離等 。一、桿塔高度的確定一、桿塔高度的確定 1、桿塔總高度、桿塔總高度 桿塔的總高度等于呼稱高度加上導線間的垂直距離和避雷線支架高度，對于鋼筋混凝土電桿還桿塔總高度要加上埋地深度h0。2 2、桿塔呼稱高度、桿塔呼稱高度 桿塔下橫擔的下弦邊緣線到地面的

14、垂直距離桿塔下橫擔的下弦邊緣線到地面的垂直距離h h稱稱為桿塔呼稱高度為桿塔呼稱高度 h=h= +f+fmaxmax+h+hx x+ + h h 式中式中 絕緣子串的長度（包括金具的長絕緣子串的長度（包括金具的長 度）；度）； f fmaxmax導線的最大弧垂；導線的最大弧垂； h hx x導線到地面、水面及被跨越物的安導線到地面、水面及被跨越物的安 全距離（查全距離（查線路設計規(guī)范線路設計規(guī)范、 線路設計技術規(guī)程線路設計技術規(guī)程）；）； h h考慮測量、施工誤差等所預留寬度?？紤]測量、施工誤差等所預留寬度。3、桿塔經(jīng)濟呼稱高度 桿塔的呼稱高度與檔距有直接關系，檔距越大，導線的弧垂越大，桿塔的

15、呼稱高度也就越大。但是檔距增大時，使每公里的桿塔數(shù)量減少，因此對一定電壓等級的線路來說，必定有一個最優(yōu)的呼稱高度，使得整個線路材料用量最少，把這個最優(yōu)呼稱高度稱為經(jīng)濟呼稱高度。 二、導線間距離確定二、導線間距離確定 1、導線水平距離dm 當導線搖擺不同步時，檔距中央導線部分就要靠近，會導致線間空氣間隙擊穿，從而發(fā)生線間閃絡。規(guī)程規(guī)定由經(jīng)驗公式確定。 2、導線垂直線間距dv 導線不均勻覆冰或者導線脫冰時產(chǎn)生的導線跳躍致使導線上下大幅度的舞動 。為了保證舞動時不產(chǎn)生兩相導線碰撞，兩相導線必須要保證一定的安全距離，按規(guī)程規(guī)定公式計算。3、導線三角形排列等效水平線間距dx 按規(guī)程規(guī)定公式計算。4 、地線支架高度hb4 4、桿塔橫擔的確定、桿塔橫擔的確定 桿塔的橫擔長度可根據(jù)導線水平線間距和最小桿塔的橫擔長度可根據(jù)導線水平線間距和最小空氣間隙并考慮帶電作業(yè)的要求來確定。當懸垂空氣間隙并考慮帶電作業(yè)的要求來確定。當懸垂絕緣子串長度和風偏角（搖擺角）、最小空氣間絕緣子串長度和風偏角（搖擺角）、最小空氣間隙確定后，隙確定后，橫擔的長度也可用下式計算橫擔的長度