杆塔计算原则.doc

皖电东送淮南上海输变电工程杆塔荷载及铁塔计算原则中国电力工程顾问集团公司二八年九月目 录1设计依据11.1 技术标准及规程规范11.2 设计气象条件11.3 导地线参数21.4 绝缘子及金具等相关参数21.5 地线保护角32荷载取值原则42.1 重现期及结构重要性系数42.2 荷载43杆塔荷载条件83.1 水平档距83.2 垂直档距83.3 代表档距83.4 最大使用档距93.5 Kv值94荷载工况94.1正常运行94.2 断线工况104.3 不均匀冰工况104.4 安装工况104.5 终端杆塔114.6 验算情况114.7 抗串倒塔荷载114.8 OPGW开断塔114.9 气象区分界塔115其它121. 设计依据1.1 技术标准及规程规范适用于电力送电线路工程项目的法令、法规、标准、规程、规范、规定等的最新有效版本。主要标准如下：（1）架空送电线路基础设计技术规定(DL/T 5219-2005)；（2）送电线路铁塔制图和构造规定(DLGJ136-1997)；（3）参照执行110-750kV架空输电线路设计技术规范(报批稿)、架空送电线路杆塔结构设计技术规定(DL/T5154-2002)、重覆冰架空输电线路设计技术规程(报批稿)及其他有关规程、规范、技术规定和参考资料；（4）1000kV交流架空输电线路设计暂行技术规定（Q / GDW 178-2008）；（5）本工程相关专题研究报告；（6）中国电力工程顾问集团公司出台的特高压相关规定。1.2 设计气象条件设计气象条件表风速（m/s）冰厚（mm）温度（）年平均气温0015最高温度0040设计复冰1010、155最大风速3005注：1、风速基准高度离地面10m。2、地线比导线增加5mm覆冰设计,不平衡张力系数取值按导线所在冰区执行。3、本工程验算覆冰按增加10mm考虑。1.3 导地线参数导线型号项 目LGJ-630/45LBGJ-240-20ACOPGW-240结构股数直径mm钢72.8019/4.00铝454.20截面mm2铝623.4559.69钢179.07总666.55238.76236.6直径 mm33.602020.3弹性模量 N/mm210363.0147.2162.0热膨胀系数 1/10-620.91313.0计算重量 kg/km20601595.51614计算拉断力 kN148.70260.01288.6安全系数2.504.0/3.8地线支架垂直和水平荷载按照LBGJ-240-20AC增大5%开。1.4 绝缘子及金具等相关参数（1）绝缘子长度本次铁塔规划，盘式或合成绝缘子净长按照10.53m执行，绝缘子串长度参考华东院提供绝缘子串组装图相应串型确定。（2）绝缘子重量铁塔间隙圆绝缘子重量按照合成绝缘子计，铁塔负荷计算按盘式绝缘子计，具体长度和总量参考金具图纸。（3）绝缘子风荷载绝缘子受风面积0.04m2/片，合成串按照串长/146mm标准绝缘子折片。覆冰情况下（含不均匀冰）须考虑风荷载增大系数。具体取值按下表确定：覆冰厚度（mm）覆冰风荷载增大系数导地线、绝缘子杆塔101.2151.3201.5荷载计算时间隔棒个数按照垂直档距每50m一个，单重20kg。导地线防振锤个数根据档距，按照下表安装，导线防振锤单重8kg,地线防振锤单重5kg。防振锤安装个数表1234导线500L750750L1000L1000地线L300300L650600L900L900（4）耐张塔设计条件1）鼓型耐张塔跳线挂点距按8m设计。2）耐张塔外角侧均按照有跳线串设计，内侧是否需要安装跳线串请各院间隙校核决定。3）耐张塔跳线负荷按照金具图参考执行。4）各层横担耐张塔跳线偏角均按：5，10，15，35设计，适当配重，按此角度配置硬跳线参数并校核电气间隙。1.5 地线保护角（1）铁塔地线采用负保护角，平地塔形地线对最外相导线保护角-4，山区塔形地线对最外相导线保护角取-6。（对分裂导线中心）（2）相邻导线（含导地线）水平位移1m。（对分裂导线中心）（3）导地线垂直距离受地线电晕控制，目前暂按导地线垂直距离14m考虑。（4）外过无风工况下，档距中央导地线距离按S0.012L+1进行配合。（5）导线线间距离和导地线层高按科研部门的研究结论为准，根据科研部门意见，耐张塔应考虑带转角后线间距离的要求。2. 荷载取值原则2.1 重现期及结构重要性系数（1）本工程荷载重现期按100年一遇取值；（2）本工程一般线路段结构重要性系数0按1.1取值（安装工况按1.0取值）。2.2 荷载（1）基准风速起算高度为10m，地面粗糙度类别按B类考虑，风压高度变化系数z和风荷载体型系数s按建筑结构荷载规范(GB500092001)的规定取值；（2）基准设计风速取值不小于27m/s，全线分为27m/s、30m/s、32m/s三个风区：1）电气计算 下相导线平均高风速分别取值为32.19m/s、35.770m/s和38.15m/s。 操作过电压风速取相应最大风速的0.5倍，分别取16m/s、18m/s和19m/s，不再进行高度修正。 带电作业取10m/s，不再进行高度修正。 雷电风速27m/s取10m/s，30m/s风区、32m/s风区取15m/s。 导线平均高度：对于呼高H的塔,下相导线平均高按下式计算：H平均高=H-（2/3*f）cos（）-L其中H塔高导线风偏角度，取下相导线计算高度高大风风速计算 f导线弧垂 按f=H-L-d L=绝缘子串长（悬垂串取13m，耐张串取0m） d=导线对地安全距离及欲度（取25m）上、中相及地线平均高按该值增加层间距（导地线距离）取值。 风压增大系数对于呼高H的塔，计算各相导线平均高H平均高后，=（H平均高/导线计算高度）0.32对于如跨越塔等特殊塔形，可不按此执行。2）荷载计算 风压增大系数：同电气间隙规划原则，对于如跨越塔等特殊塔形，可不按此执行。 对于铁塔的各种呼高，应提供不同呼高的风压折算系数。对大于平均计算高的铁塔，按照风压折算系数减小档距（水平档距）使用，各种铁塔应提供折减比例。（3）导地线覆冰增大系数10mm冰区取1.2、15mm冰区取1.3、20mm冰区取1.5；（4）不同区段共用的铁塔，对所有使用条件均应进行计算。（5）导地线风荷载调整系数和风压不均匀系数按下表取值:导地线风荷载调整系数和风压不均匀系数取值表风速V（m/s）2020V2727V31.531.5a计算杆塔荷载1.000.850.750.70设计杆塔（风偏计算用）1.000.750.610.61bc计算杆塔荷载1.001.101.201.30注：表中风速为离地10m高基准风速。跳线计算风压不均匀系数取1.2；（6）纵向不平衡张力和断线张力除按覆冰率计算外，取值应不低于下表中的取值；轻、中冰区不平衡张力取值表冰区不平衡张力（最大使用张力的百分数）直线型杆塔耐张型杆塔导线地线导线地线10mm1020304015mm15253545轻、中冰区断线张力取值表冰区断线张力（最大使用张力的百分数）直线型杆塔耐张型杆塔导线地线导线地线10mm平丘20/山区251007010015mm3510070100注:杆塔规划中按平腿设计的杆塔断线张力按平丘取值，其余按山区取值。（7）杆塔风荷载调整系数z，按建筑结构荷载规范（GB500092001）计算，但不应小于架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T 51542002）规定，可参照下表取值：塔高50100m100150m上横担z2.52.7中横担z2.32.5下横担z2.02.2身部分段高(m)102030405060708090100110120130140150z1.201.251.301.351.401.451.501.551.601.701.751.801.851.902.00注： 中间值按插入法计算； 基础的z取对杆塔效应的50%，即z基础=(z杆塔1)/2+1。（8）安装检修提升导线按1.5倍起吊考虑，地线仍按双倍起吊考虑，附加荷载按下表取值；耐张塔安装对导、地线的临时拉线的平衡张力分别取40kN和5kN；动力系数按1.1取值；杆塔施工附加荷载类 别导线（kN）地线（kN）跳线（kN）电压（kV）直线杆塔耐张杆塔直线杆塔耐张杆塔耐张杆塔10008.012.04.04.06.0本条原则，由于各院设计习惯不同，请结构和电气两专业协调考虑。（9）计算各类杆塔的可变荷载组合系数按下表取值可变荷载组合系数取值表正常运行情况断线情况安装情况不均匀冰荷载情况验算情况直线杆塔耐张杆塔1.00.900.900.90.90.75（10）结构构件的体型系数，角钢取1.3，钢管构件取的1.30.6=0.78，考虑到钢管构件的粗糙度，实际计算时取0.85。（11）地震荷载由于全线大部分地方均处在7度地震设防区或低于7度地震设防区，可按110750kV架空输电线路设计规范(报批稿)关于抗震验算的要求执行。（12）断线垂直荷载1）直线及直线转角塔按覆设计冰工况下100%的垂直荷重取值；2）山区耐张转角塔的断线相断线侧取70%、另侧取30%；平地耐张转角塔的断线相断线侧取60%、另侧取40%；未断线相按100%取值；（13）其余荷载取值及荷载组合参照110750架空输电线路设计规范（报批稿）、重覆冰架空输电线路设计技术规程（报批稿）有关规定；3. 杆塔荷载条件3.1 水平档距（1）根据各设计院规划铁塔使用条件进行设计，耐张塔水平荷载按照山地3:7，平地4:6的比例分配到横担前后侧；同时要满足5:5比例分配后构件强度的要求；（2）不同风速区直线塔相互插花使用时，可根据风压系数对线条荷载和塔身荷载的影响大小，适当调整杆塔的使用条件（可根据具体情况放大或折减使用），但同时应注意校核电气间隙。（3）所有杆塔按标准呼称高设计计算，对高于标准呼称高的杆塔折减档距使用；在计算时不应出现（或尽量减少）大于标准呼称高的工况控制塔头构件的情况。3.2 垂直档距（1）根据各设计院规划铁塔使用条件进行设计，耐张塔两侧按照3:7分配；山区耐张杆塔应考虑一侧垂直档距为正，另外一侧为负（-350m）的情况；采用双串的直线杆塔按4:6比例分配。（2）不同风速区直线塔相互插花使用时，垂直档距可保持不变。（3）终端塔应考虑垂直负荷全部加在线路侧的情况。3.3 代表档距（1）直线塔负荷用代表档距按400m。（2）耐张塔负荷用代表档距按300/600m，并结合水平档距和垂直档距组成“大水平荷载；大垂直荷载；大张力小水平荷载；小垂直荷载；小张力”等组合。3.4 最大使用档距各塔型最大使用档距受导地线线间距离控制。3.5 Kv值根据规划使用情况执行，同时对于直线转角塔，应验算正反向风情况下，不同转角度数对Kv(包括不同挂点最大Kv和最小Kv)的影响。直线转角塔按照不同转角度数结合最大Kv和最小Kv值规划间隙圆，布置双挂架合理减小塔头尺寸。电气间隙计算过程中，应将各工况垂直档距进行换算。4. 荷载工况各类杆塔均应计算正常运行情况、事故情况、安装情况以及不均匀覆冰情况下的荷载组合，必要时尚应验算地震、过载冰、过载风等稀有工况。4.1正常运行（1）基本风速、无冰、未断线（包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合）。（2）最大覆冰、相应风速及气温、未断线。（3）最低气温、无冰、无风、未断线。4.2 断线工况断线工况下（-5、有冰、无风荷载）不平衡张力应按照静态荷载计算。（1）悬垂型杆塔（不含大跨越直线塔）的断线（含分裂导线的纵向不平衡张力）情况，应计算下列荷载组合：1）在同一档内任意两相导线存在纵向不平衡张力，地线不断线。2）在同一档内任意一根地线和任意一相导线同时有不平衡张力；（2）耐张型杆塔的断线情况，应计算下列荷载组合：1）在同一档内任意两相导线（终端杆塔还应考虑作用一相或两相导线的不利情况）存在不平衡张力，地线未断、有冰、无风。2）一根地线断线，同时任意一相导线有不平衡张力； （3）垂直冰荷载取100设计覆冰荷载；（4）断线工况应考虑无冰情况下最小垂直荷载情况；4.3 不均匀冰工况不均匀冰工况（按未断线、-5、有不均匀冰、10m/s风），考虑所有导地线同时有同向不平衡张力，使杆塔承受最大的弯矩。15mm冰区还要考虑导地线同时有不同向不平衡张力，使杆塔承受最大的扭矩。4.4 安装工况各类杆塔的安装情况，应按10m/s风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑。导线安装张力考虑：施工误差系数1.025，同时考虑导线初伸长影响系数1.12，地线1.05，即电气负荷表中安装工况考虑的张力增大系数为：导线 1.0251.12 = 1.15地线 1.0251.05 = 1.08同时考虑施工误差引起的另一侧张力减小引起的张力差和过牵引系数。过牵引时，导线动力系数取1.1、地线动力系数取1.05。4.5 终端杆塔终端杆塔应计及变电站（或升压站）一侧导线及地线已架设或未架设的情况。4.6 验算情况各类杆塔的验算覆冰荷载情况，按照验算冰、-5、有风、未断线计算，并计入塔位高差、档距等引起的导地线不平衡张力。4.7 抗串倒塔荷载防串倒的加强型悬垂型杆塔，除按照常规悬垂型杆塔工况计算外，还应按照所有导地线同侧有断线张力（或不平衡张力）计算。4.8 OPGW开断塔下列铁塔考虑OPGW开段:SZ273P、SZ302P、SZ322P、SZ303考虑OPGW开段。4.9 气象区分界塔（1）风区分界塔：采用高气象区耐张塔，使用条件留欲度，由铁塔设计单位验算。（2）冰区分界塔：采用高气象区耐张塔，使用条件留欲度，由铁塔设计单位验算。5. 其它（1）所有铁塔均不采用公用腿；（2）山区铁塔按全方位长短腿设计，长短腿基本级差按1.5m，最大级差按30度地形坡度来控制，最长腿长不大于15m，最短腿长不小于3m，采用非公用腿型式。（3）本工程的所有铁塔主材和塔身斜材均采用钢管构件，其它构件必要时可采用角钢。（4）钢管和角钢构件均采用Q235B、Q345B两种钢材，螺栓采用6.8级及8.8级。（5）铁塔设计采用以概率理论为基础的极限状态设计法；结构计算应按照三维桁架结构模型进行内力分析，构件计算除满足结构强度要求外，还应满足钢管结构构造要求。（6）钢管构件微风振动按允许长细比控制，水平材为140，其它斜材为160。