1第一講桿塔荷載

1、第一講桿塔荷載第一節(jié)桿塔分類荷載按隨時間的變異可分永久荷載：包括桿塔自重荷載、導(dǎo)線、避雷線、絕緣子、金具的重力及其它固定設(shè)備的重力 ,人工和工具等附加荷載?？勺兒奢d：包括風(fēng)荷載、導(dǎo)線、避雷線和絕緣子上的覆冰荷載，導(dǎo)線避雷線張力、事故荷載、安裝荷載和驗(yàn)算荷載等特殊荷載：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(jié)冰所引起的不平衡張力等荷載。荷載按作用在桿塔上方向分根據(jù)計算需要，將它們分 解成作用在桿塔上的垂直荷載、橫向水平荷載、縱向水平荷載（如圖 21）。1. 垂直荷載垂直荷載 G 包括：（1）導(dǎo)線、避雷線、絕緣子串和金具的重量；（2）桿塔自重荷載；（3）安裝、檢修時的垂直荷載（包

2、括工人、工具及附件等重量）。2橫向水平荷載橫向水平荷載 P 包括：（與橫擔(dān)方向一致）（1）導(dǎo)線、避雷線、絕緣子串和金具的風(fēng)壓；（2）桿塔身風(fēng)載 ;（3）轉(zhuǎn)角桿塔上導(dǎo)線及避雷線的角度力。3.縱向水平荷載縱向水平荷載 T(垂直橫擔(dān)方向的張力 )包括：（1）導(dǎo)線、避雷的不平衡張力 （對直線型桿塔和耐張型桿塔不平衡張力為順線路方向，對轉(zhuǎn)角桿塔的不平衡張力則與桿塔橫擔(dān)垂直） ；（2）導(dǎo)線、避雷線的斷線張力和斷線導(dǎo)線時避雷線對桿塔產(chǎn)生的支持力；（ 3）安裝導(dǎo)線時的緊線張力第二節(jié) 桿塔荷載計算方法一、自重荷載式中1導(dǎo)線、避雷線的自重荷載無冰時G=r1AL chN覆冰時G=r3AL chNLCh桿塔的垂直檔距

3、m；r1r3N/A導(dǎo)線、避雷線截面面積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，可查單片絕緣子及各組合絕緣子串的金具重量表。覆冰時GJKGJN式中GJ、GJ分別為無冰、覆冰時絕緣子串、金具的重量K 覆冰系數(shù)：設(shè)計冰厚 5mm 時，K設(shè)計冰厚 10mm 時， K 設(shè)計冰厚 15mm 時， K 3桿塔自重荷載桿塔自重荷載可根據(jù)桿塔的每根構(gòu)件逐一統(tǒng)計計算而得，也可根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，參照其它同類桿塔資料，做適當(dāng)假定獲得。二、導(dǎo)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直線型桿塔：（1）正常運(yùn)行情況不出現(xiàn)不平衡張力， 但當(dāng)氣象條件發(fā)生變化時， 或因檔距、高差不等引起荷載改

4、變，從而產(chǎn)生縱向不平衡張力。（ 2）事故斷線時在縱向產(chǎn)生斷線張力。轉(zhuǎn)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)生的橫向荷載如下PJ T1sin 1 T2sin 2式中 、桿塔前后導(dǎo)線張力； 、 導(dǎo)線與桿塔橫擔(dān)垂線間的夾角（）。當(dāng) 1 2 2 時（為線路轉(zhuǎn)角）則PJ=(T1+T2)sin /2當(dāng) 0 時PJ 0為直線型桿塔T1T1T1T1T1T11T1 sin 12T1 sin T2 sin 22T 2sin 22T 2T2T 22（a）夾角不相同情況；(b)夾角相同情況2不平衡張力： 產(chǎn)生的縱向荷載T1T11T12T1T1T1 SSO1OC

5、C211TT22SS2OOCCT 2T2T22T2T2(a)夾角不相同情況(b)夾角相同情況T=T1COS1-T2COS2當(dāng) 2 時則：12T=（ T1-T2）cos 2當(dāng) T1=T2 時， T=0；當(dāng) =0 時，為直線型桿塔， T =T1-T2。3斷線張力荷載直線桿塔：按規(guī)程規(guī)定了直線桿塔 的導(dǎo)線、避雷線的斷線張力分別取各自最大使用張力乘以一個百分?jǐn)?shù)TD%式中TD斷線張力NTDmax導(dǎo)線、避雷線最大使用張力，TDmax TN；KT導(dǎo)線、避雷綜合拉斷力N（查導(dǎo)線手冊）；K 安全系數(shù)，一般取K ；X% 最大使用張力百分?jǐn)?shù)（查規(guī)程） 。耐張桿塔、轉(zhuǎn)角桿塔及終端桿塔：導(dǎo)線：最大使用張力的70%；避雷

6、線：最大使用張力的80%。對于特殊情況， 需要進(jìn)行精確計算斷線張力時， 應(yīng)按照線路力學(xué)介紹的計算公式及圖解法進(jìn)行精確計算。沖擊系數(shù) ：沖擊系數(shù)采用表2-4 中的數(shù)值（以新規(guī)程為準(zhǔn)） 。三、 風(fēng)荷載的計算各類桿塔、導(dǎo)線及避雷線的風(fēng)荷載的計算按規(guī)程規(guī)定有下列三種情況的風(fēng)向：（1）風(fēng)向與線路方向垂直（2）風(fēng)向與線路方向的夾角成600 和 450；1導(dǎo)線、避雷線風(fēng)荷載的計算(1) 風(fēng)向垂直于導(dǎo)線的風(fēng)荷載計算導(dǎo)線、避雷線的風(fēng)荷載用下式計算：無冰時P=r4AL shcos/2覆冰時P=r5AL shcos/2N式中r4、 r5分別為無冰、覆冰風(fēng)壓比載 N/m mm2；A導(dǎo)線、避雷線總截面積mm2；sh水平

7、檔距m；L線路轉(zhuǎn)角。（2）風(fēng)向與導(dǎo)線不垂直時風(fēng)荷載計算當(dāng)風(fēng)向與線路方向的夾角成 450、 600 時（圖 2 4），此時導(dǎo)線風(fēng)荷載應(yīng)按下式計算x2P =Psin式中Px 垂直導(dǎo)線方向風(fēng)荷載分量N；y 線路方向P垂直導(dǎo)線方向風(fēng)荷載，按式（ 2-7）、（2-8）計算；實(shí)際風(fēng)荷載的風(fēng)向與導(dǎo)線的夾角。X2桿塔塔身風(fēng)荷載的計算垂直線路方向風(fēng)向作用在與風(fēng)向垂直的結(jié)構(gòu)物表面的風(fēng)荷載用下式計算：Pg=KK ZA cV2/式中K Z風(fēng)壓高度變化系數(shù)（物理意義：修正風(fēng)速不同高度的衰減程度），風(fēng)壓調(diào)整系數(shù)（物理意義：修正地形變化而引起的風(fēng)速變化）A c桿塔塔身構(gòu)件側(cè)面 （或正面）的投影面積 m2；對電桿桿身： A

8、c=h(D1D2)/2對鐵鐵身：A=h(b +b )/2c12h計算段的高度mD1、 D2電桿計算風(fēng)壓段的頂徑和根徑m，錐度為D2= D1+ h/75；1/75 的錐形電桿D2 為b1 、b2鐵塔塔身計算段內(nèi)側(cè)面桁架（或正面桁架）的上寬和下寬鐵塔構(gòu)架的填充系數(shù)，一般窄基塔身和塔頭取，寬基塔塔身可取 ,考慮節(jié)點(diǎn)板擋風(fēng)面積的影響 ,應(yīng)再乘以風(fēng)壓增大系數(shù) ,窄基塔取 ,寬基塔取；K 風(fēng)壓體形系數(shù) ,采用下列數(shù)值（修正擋風(fēng)面形狀不同引起的阻力變化）:環(huán)形截面電桿 :K 矩形截面電桿 :K 角鋼鐵塔 :K (1+)圓鋼鐵塔：K (1+ )空間桁架背風(fēng)面風(fēng)載降低系數(shù)，一般按表28 選用。規(guī)程規(guī)定， 60m

9、 以上的桿塔，應(yīng)考慮陣風(fēng)的振動作用，桿塔塔身風(fēng)荷載應(yīng)乘以風(fēng)振系數(shù)。鐵塔的風(fēng)振系數(shù)取，拉線桿塔取 .25。3絕緣子串風(fēng)荷載的計算2Pj =n1n2A Z KzV /式中n1一相導(dǎo)線所用的絕緣子串?dāng)?shù)；n2每串絕緣子的片數(shù)A Z 每片的受風(fēng)面積，單裙取 0.03m2，雙裙取 0.04m2 ; K z 風(fēng)壓隨高度變化系數(shù)，四、桿塔安裝荷載1直線桿塔安裝荷載計算吊線作業(yè)和錨線引起的荷載； 對鋼筋混凝土電桿還要校核整體吊裝時的強(qiáng)度和開裂問題（1）吊線荷載架設(shè)導(dǎo)線或避雷線時，需要將其從地面提升到桿塔上，此工作過程所引起的荷載叫吊線荷載。在施工中常采用雙倍吊線或轉(zhuǎn)向滑車吊線兩種方式，G轉(zhuǎn)向滑輪FGF滑輪滑輪導(dǎo)

10、線導(dǎo)線PPGG滑輪至卷揚(yáng)機(jī)至卷揚(yáng)機(jī)(a)(b)（ a）雙倍吊線方式（ b）轉(zhuǎn)向滑車吊線方式采用雙倍吊線時 :G2KG GF式中K動力系數(shù)，考慮滑動阻力和牽引傾斜等因素，取K ；G被吊導(dǎo)線、絕緣子及金具的重力N；GF考慮相應(yīng)部位橫擔(dān)上施工人員和工具所引起的附加荷載N，按表 210 取值。吊線時，還要考慮相應(yīng)風(fēng)荷載引起對導(dǎo)線橫向水平荷載。采用轉(zhuǎn)向滑車吊線時 :垂直荷載G KG+G FN水平荷載P=KG+PN式中P導(dǎo)線或避雷風(fēng)荷載N；其它符號與上式相同。（1）錨線荷載在高壓輸電線路中經(jīng)常采用張力放線、緊線。由于施工場地的要求，放線、緊線不一定在耐張桿塔或者轉(zhuǎn)角桿塔上進(jìn)行，這時就會出現(xiàn)在直線桿塔上緊線

11、、錨線等作業(yè)。也就是在直線桿塔的相鄰兩檔中，一檔的導(dǎo)線已按要求架好，相鄰檔導(dǎo)線用鄰時拉線錨在地上，如圖桿塔橫擔(dān)絕緣子串已緊導(dǎo)線nG+GT臨時拉線F作用在橫擔(dān)上的垂直荷載、橫向水平荷載及縱向不平衡張力為垂直荷載G nG+GF+KTsin橫向水平荷載PnPN縱向不平衡張力TKT （1-cos ） N式中G、P分別為所錨導(dǎo)線或避雷線的垂直荷載和橫向荷載T安裝時導(dǎo)線或避雷線的張力N；錨線鋼絲繩與地面的夾角；N；n 垂直荷載或橫向荷載的分配系數(shù)，當(dāng)相鄰檔距和高差相等時，一般取 n； GF 附加荷載 N；K動力系數(shù)，考慮滑動阻力和牽引傾斜等因素，取K 。2耐張桿塔安裝荷載計算在耐張、轉(zhuǎn)角桿塔上架線施工作業(yè)

12、有兩種方法：即牽引和掛線。牽引和掛線時對耐張、轉(zhuǎn)角桿塔要產(chǎn)生牽引荷載和掛線荷載。（1）牽引荷載架設(shè)導(dǎo)線和避雷線過程中，要通過設(shè)在桿塔上的滑車將導(dǎo)線、避雷線拉緊到設(shè)計張力，此過程叫緊線。緊線時作用在桿塔上的荷載分桿塔橫擔(dān)桿塔橫擔(dān)T 正在緊的導(dǎo)線已掛導(dǎo)線正在緊的導(dǎo)線nG+GnG+GFF臨時拉線牽引鋼繩牽引鋼繩 臨時拉線 T1（a)(b)(a) 相鄰檔尚未掛線（b）相鄰檔已掛線相鄰檔未掛線和相鄰檔已掛線兩種情況a 相鄰檔尚未掛線時作用在橫擔(dān)上的荷載:垂直荷載G=nG+T 1sin +KTsin +GFN橫向水平荷載P=nPN縱向不平衡張力T=0b 相鄰檔已掛線作用在橫擔(dān)上的荷載：垂直荷載G=nG+K

13、Tsin +GF N縱向不平衡張力T=0式中n導(dǎo)線垂直荷載或橫向水平荷載分配系數(shù)；G、P 該根（或相）導(dǎo)線或避雷線的垂直荷載和橫向水平荷載； K 動力系數(shù)，取 K ；臨時拉線與地面的夾角；牽引鋼絲繩與地面的夾角；T1臨時拉線的初張力，一般T1500010000 N；T 導(dǎo)線或避雷線安裝張力； GF 附加荷載 N。（ 2）掛線荷載掛線是指按設(shè)計要求的弧垂， 把導(dǎo)線與絕緣子串連接好后掛到桿塔上去的作業(yè)過程。 導(dǎo)線掛到桿塔上后松開牽引繩， 使桿塔受到的一個突加張力荷載。 在實(shí)際工中， 這種一般只能逐根（即逐相）進(jìn)行。由于荷載較大，桿塔設(shè)計中可考慮設(shè)置臨時拉線平衡部分荷載。此時作用桿塔上的荷載有：垂直

14、荷載G=nG+T0tg +GFN橫向水平荷載G=nP+(KT-T0)sinN第三節(jié)桿塔設(shè)計原則桿塔設(shè)計除了要保證合理的結(jié)構(gòu)外，其計算內(nèi)容有:（1）結(jié)構(gòu)承載能力極限狀態(tài)計算該計算是用來核算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在各種不同荷載作用下會不會發(fā)生破壞。它包括 強(qiáng)度、穩(wěn)定與承載重復(fù)荷載時的 疲勞計算。顯然此項(xiàng)計算是非常重要的。（2）結(jié)構(gòu)正常使用極限狀態(tài)計算該計算是用來核算結(jié)構(gòu)或構(gòu)件是否滿足正常使用情況下的各項(xiàng)規(guī)定的限值。 比如變形、裂縫等。一、構(gòu)件計算的各種理論：按對安全度的分析及表達(dá)式不同分下列四種A 許用應(yīng)力計算法：以彈性理論為基礎(chǔ)，只考慮材料的彈性，不考慮材料實(shí)際存在的塑性質(zhì)，因此沒充分發(fā)揮產(chǎn)承載能力，不經(jīng)濟(jì)

15、；B 破壞階段計算法：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用一個籠統(tǒng)的單一安全系數(shù)，故沒反映各種荷載、不同材料對構(gòu)件存在能力的變異性。C 多系數(shù)分析單一安全系數(shù)表達(dá)： （材料、荷載、構(gòu)件工作條件）D 近似概率極限狀態(tài)計算法（分項(xiàng)系數(shù)法） ：二、近似概率極限狀態(tài)計算法（分項(xiàng)系數(shù)法）對桿塔的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) GBJ68-84（簡稱標(biāo)準(zhǔn)）規(guī)定的極限狀態(tài)（分項(xiàng)系數(shù)法）計算原則進(jìn)行計算。其表達(dá)式如下：1承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式0 SRR相當(dāng)M0KSMS GCGGKQiCQi QiK式中S荷載效應(yīng)組合設(shè)計值（采用荷載設(shè)計值計算而得）；0 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)（按構(gòu)件破壞后的影響大小分別乘以 11、10、09）； G 永久荷

16、載分項(xiàng)系數(shù)（取 12）；Qi 第 i 個可變荷載分項(xiàng)系數(shù)（風(fēng)、冰取14。安裝取 13）；GK永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值（沒乘荷載分項(xiàng)系數(shù)時的荷載）；QK可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值（沒乘荷載分項(xiàng)系數(shù)時的荷載）；CG、CQi分別為永久荷載和第i 個可變荷載的荷載效應(yīng)系數(shù)（計算各種內(nèi)力的常數(shù)1 ql 2 ）；8荷載組合系數(shù)；R結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的抗力設(shè)計值（采用材料的設(shè)計值計算而得）。2正常使用極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式正常使用極限狀態(tài)， 結(jié)構(gòu)或構(gòu)件應(yīng)按下式計算荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，并保證變形、 裂縫等計算值不超過相應(yīng)的規(guī)定限值。SlCGGKCQiQIk （注意兩公式的差別）式中Sl 荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)值，其它符號與式相同。一、荷載組合的基本原則作用

17、在桿塔上的荷載很多，這些荷載不是同時出現(xiàn)的。因此，各類桿塔在設(shè)計計算時，必須考慮各種不同荷載的組合，并乘以相應(yīng)的荷載組合系數(shù)。 規(guī)程規(guī)定見表 212二、荷載組合系數(shù)按正常、斷線、安裝、特殊四種不同情況組合成四種不同的荷載作用在桿塔上，因?yàn)楦鞣N荷載作用狀態(tài)不同，所以各自要求有各自不同的可靠度。如運(yùn)行情況的荷載是經(jīng)常作用在桿塔上，要求有較高的可靠度；斷線和安裝等情況的荷載，出現(xiàn)的機(jī)率較小，對可靠度的要求相應(yīng)要低；桿塔受斷線情況荷載作用，由于桿塔種類的不同，對可靠度的要求也有所不同，耐張桿塔要求應(yīng)能限制事故的范圍，可靠度應(yīng)高些。直線桿塔斷線時允許絕緣子串偏移，桿稍發(fā)生撓度，可靠度可以低些。對桿塔進(jìn)行

18、強(qiáng)度計算時，為了使桿塔結(jié)構(gòu)在相應(yīng)四種情況荷載作用下有統(tǒng)一的可靠度，規(guī)程規(guī)定了各種情況下的荷載組合系數(shù)。荷載組合系數(shù)列于表2 13 中。三、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，按極限狀態(tài)設(shè)計時，必須考慮結(jié)構(gòu)安全等級而設(shè)立的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)。建筑結(jié)構(gòu)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)結(jié)構(gòu)破壞后果的嚴(yán)重性，其安全等級劃分為一級、二級、三級，并規(guī)定如下：安全等級為一級時0安全等級為二級時0安全等級為三級時0在桿塔設(shè)計中，安全等級宜按輸電線路的電壓等級及桿塔在線路中的重要性劃分為：一級：500kV 線路和 220kV 及以上的大型大跨越線路的各種桿塔， 大型經(jīng)濟(jì)區(qū)中 330kV 主桿線路中的各種桿塔；二級：普通 330kV 線路的各種桿塔

19、和220kV 線路中的承力桿塔；三級：除去一、二級的桿塔以外的各種桿塔。四、荷載分項(xiàng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 ,在承載能力極限狀態(tài)設(shè)計中計算構(gòu)件的內(nèi)力時,為充分考慮荷載的離散性及計算內(nèi)力時進(jìn)行簡化所帶來的不利影響，必須對荷載標(biāo)準(zhǔn)值乘以一個大于1 的系數(shù)稱為荷載分項(xiàng)系數(shù)。考慮到可變荷載比永久荷載的離散性更大一些，因而對可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)取得更大一些，各種荷載分項(xiàng)系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：永久荷載：G風(fēng)荷載：Q1冰荷載：Q2安裝及檢修荷載：Q3在設(shè)計中，得到荷載標(biāo)準(zhǔn)值，并乘以相應(yīng)荷載分項(xiàng)系數(shù)后稱為設(shè)計荷載值，用設(shè)計荷載進(jìn)行內(nèi)力計算和截面設(shè)計。當(dāng)然也可用荷載標(biāo)準(zhǔn)值計算出內(nèi)力，然后將所得內(nèi)力乘以荷載分項(xiàng)系數(shù)后進(jìn)行截面設(shè)計

20、。但應(yīng)注意，在正常使用極限狀態(tài)設(shè)計中不應(yīng)考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)。五、桿塔荷載圖通過荷載組合并經(jīng)線路力學(xué)計算，可得到各種情況下的導(dǎo)線、避雷線風(fēng)壓、重量、張力等荷載。按桿塔強(qiáng)度計算的要求，可把它們分解成作用在桿塔平面內(nèi)的橫向荷載和作用在與桿塔平面相垂直的縱向荷載和垂直荷載，并乘以各自的荷載組合系數(shù)后，分別用荷載圖表示出來，供計算時使用（如圖 216）。例 21 已知某上字電桿桿頭作用的荷載標(biāo)準(zhǔn)值為PBD導(dǎo)線、避雷線自重荷載 GB=914N, P =1954N,上橫擔(dān)與D012B=1142N,G =2416N, a =250mm, a =1000mm, a =2500mm, h =2400,下橫擔(dān)之間的距

21、離為 h2=3400mm,不計桿身的風(fēng)荷載，求正常運(yùn)行情況下時上橫擔(dān)處的設(shè)計彎矩。解正常運(yùn)行情況下G=,Q=,=M= G(GBa0+GD a1)+ Q (PB (hB+h2)+PDh2 )=(1142×+2416× +× (914×+1954× =第四節(jié)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(jié)構(gòu)的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及外形的美觀。一、桿塔高度的確定1桿塔總高度桿塔的總高度與檔距、地理?xiàng)l件、電壓等級、氣候及電氣條件等因素有關(guān)。桿塔的總高度等于呼稱高度加上導(dǎo)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要加上埋

22、地深度 h0。2桿塔呼稱高度桿塔下橫擔(dān)的下弦邊緣線到地面的垂直距離 H 稱為桿塔呼稱高度，桿塔的呼稱高度是桿塔的基本高度，它對桿塔的安全性、經(jīng)濟(jì)性好壞起著重要作用，影響它的因素也很多，呼稱高度用以下公式計算：H= +fmax+h +(2-31)x式中 絕緣子串的長度（包括金具的長度） ；fmax導(dǎo)線的最大弧垂；h導(dǎo)線到地面、水面及被跨越物的安全距離；x考慮測量、施工誤差等所預(yù)留寬度。 （見表 214）。3桿塔經(jīng)濟(jì)呼稱高度桿塔的呼稱高度是決定桿塔總高的重要因素。桿塔總高又是決定材料用量的重要因素，顯然總高越大，材料用量越多。桿塔的呼稱高度與檔距有直接關(guān)系，檔距越大，導(dǎo)線的弧垂越大，桿塔的呼稱高度也就越大。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(jì)呼稱高度，或稱標(biāo)準(zhǔn)呼稱高度。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出各種不同電壓等級的標(biāo)準(zhǔn)呼稱高度范圍列于表215，供設(shè)計參考。與桿塔標(biāo)