一種拉壓主材型輸電鐵塔的製作方法
2023-07-19 04:38:26
專利名稱：一種拉壓主材型輸電鐵塔的製作方法
技術領域：
本發明屬於輸電線路設計領域，特別涉及針對耐張型輸電鐵塔的結構進行設計的拉壓主 材型輸電鐵塔。
背景技術：
在電力系統的輸電線路領域，通常需要大量使用耐張型輸電鐵塔，現有的耐張型輸電鐵 塔一般包括直線型鐵塔、轉角型鐵塔及終端型鐵塔。其中直線型鐵塔的作用是將線路的直線 部分分段以控制事故範圍，其轉角度數較小，其承受的不平衡張力較小；轉角型鐵塔位於線 路的轉角地點，具有耐張鐵塔相同的作用和特點，在正常情況下，承受導線及地線向內角的 合力。根據轉角的大小的不同而不同，轉角型鐵塔一般分為轉角30度、轉角60度及轉角卯 度三種型號；終端鐵型鐵塔位於線路的起止點，它同時允許線路轉角，在正常情況下，其承 受線路側與架構側的架空線不平衡張力，在事故情況下，其承受架空線的斷線張力。
對轉角型及終端型的耐張輸電鐵塔而言，輸電鐵塔承受較大的不平衡張力。目前無論何 種結構形式的輸電鐵塔，其鐵塔的主要受力構件塔身主材均為規格相同的對稱布置。對承受 較大不平衡張力的耐張型輸電鐵塔而言，塔身主材受力具有明顯的不對稱性，其中兩根塔身 主材承受的較大的壓力，另外兩根塔身主材則承受很小的壓力，甚至運行過程中自始至終承 受著拉力。鋼結構構件當承受軸心壓力時，則存在整體穩定及局部穩定的問題，當壓力較大 時，通常使得構件的選取規格較大；當鋼結構構件承受軸心拉力時，則不存在整體穩定和局 部穩定的問題，構件截面的選取通常由受拉強度控制，因此即使當構件承受拉力較大時，通 常構件選取的規格較受壓構件要小很多。針對承受較大不平衡張力的轉角型及終端型的耐張 輸電鐵塔而言，可以根據其實際的受力特點，對其拉壓主材進行分別設計，可以避免輸電鐵 塔四根主材均按受壓側主材進行控制選材的弊端，從而減小耐張型輸電鐵塔主材的規格，減 少輸電鐵塔主材的用鋼量。
發明內容
本發明針對耐張型輸電鐵塔的受力特點，提出了一種拉壓主材型輸電鐵塔，包括角內側 塔腿主材l、角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3、角外側塔身主材4、塔身斜材5、橫隔 材6、下導線橫擔7、中導線橫擔8、上導線橫擔9及地線支架10等，其特徵在於對角內側塔腿主材l、角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3和角外側塔身主材4根據其實際的受力情 況進行分別設計選材。其中，在90度大風的控制工況下，對於轉角型鐵塔設所述最大風力沿鐵塔兩側邊導線的 夾角平分線的水平方向，沿導線橫擔或支架由轉角外側吹向轉角內側，對於終端型鐵塔設所 述最大風力沿導線橫擔或支架方向吹入，分別對鐵塔的下導線、中導線、上導線和地線掛點 處的張力、風荷載及垂直荷載進行計算，並轉化為各個導線和地線掛點的橫向、縱向和垂直 三向荷載，並計算大風對耐張鐵塔整個塔身作用的風荷載，將上述三向荷載和塔身的風荷載 疊加作為耐張鐵塔的外荷載，在90度大風工況的外荷載作用下耐張鐵塔的角內側塔腿主材1 和角內側塔身主材3處於受壓狀態，採用滿應力法(該滿應力法參見《多塔高、多接腿送電 鐵塔滿應力設計軟體》(1985年)使用手冊有詳細的描述)按照主材受壓穩定控制方法(該 穩定控制方法參見《鋼結構設計規範》GB 50017-2003)使用整體空間桁架法(在使用整體 空間桁架法中，所有杆件視為兩端鉸接只受軸向力作用的杆單元)計算角內側塔腿主材l和 角內側塔身主材3的壓力值，從而對其進行截面選材，在90度大風工況的外荷載作用下耐張 鐵塔的角外側塔腿主材2和角外側塔身主材4處於受拉狀態，採用滿應力法按照主材受拉強 度控制方法(該控制方法參見《鋼結構設計規範》GB 50017-2003)使用整體空間桁架法計 算角外側塔腿主材2和角外側塔身主材4的拉力值，從而對其進行截面選材。其中，當耐張型輸電鐵塔承受90度反向風荷載作用時，角外側塔腿主材2及角外側塔身 主材4所受拉力將減小，角內側塔腿主材1及角內側塔身主材3承受的壓力也將減小，當耐 張鐵塔轉角度數較小時可能出現反向的應力，最後在上述選材確定後再進行90度反向風力工 況下的壓力值和拉力值與選材是否匹配的驗算，如果驗算通過則不需要改變選材型號，如果 驗算不通過則需要根據反向風力工況下的受力情況改變選材型號。耐張型輸電鐵塔如附圖l所示，包括有角內側塔腿主材l、角外側塔腿主材2、角內側塔 身主材3、角外側塔身主材4、塔身斜材5、橫隔材6、下導線橫擔7、中導線橫擔8、上導線 橫擔9及地線支架10;耐張型輸電鐵塔俯視圖如附圖2所示，其中ll為角內側導線、12為 角外側導線；拉壓主材型耐張鐵塔是將塔身及塔腿處主材根據其實際的受力特點進行設計選 材，角內側塔腿主材1與角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3與角外側塔身主材4按拉壓 分別進行設計，主材規格型號不同； 一般而言，對於耐張型輸電鐵塔，90度大風工況為其塔 身主材的控制工況，即最大風速沿導線橫擔(導線夾角平分線)方向由角外側吹向角內側， 如附圖2中箭頭方向所示；90度大風工況下，分別對導地線的張力、風荷載及垂直荷載進行計算，並轉化為導地線掛點的三向荷載，同時考慮大風對耐張鐵塔整個塔身作用的風荷載， 以上荷載作為耐張鐵塔的外荷載；在90度大風外荷載作用下耐張鐵塔角內側塔腿主材1及角 內側塔身主材3處於受壓狀態，採用滿應力法按照主材受壓穩定控制對其進行截面選材；在 卯度大風外荷載作用下耐張鐵塔角外側塔腿主材2及角外側塔身主材4處於受拉狀態，採用 滿應力法按照主材受拉強度控制對其進行截面選材；當耐張型輸電鐵塔承受90度反向風荷載 作用時，其角外側塔腿主材1及角外側塔身主材3所受拉力將所有減小，當耐張鐵塔轉角度 數較小時甚至可能出現壓應力，在90度大風工況下對耐張鐵塔進行選材後，尚需進行90度 反向風及其它工況下的驗算。現有輸電鐵塔塔身主材的選材，是根據其外荷載按照受壓側主材的受力進行選取，輸電 鐵塔塔身主材規格相同；拉壓主材型輸電鐵塔根據其受力特點，將輸電鐵塔主材分別進行設 計，其中受壓主材按照穩定控制選材，規格較大，受拉主材按照強度控制選材，規格相對較 小；通過對塔身主材的優化設計進一步減小了輸電鐵塔主材的規格，減少了主材用鋼量。因此本發明的有益效果是對輸電鐵塔主材進行優化設計，根據其實際的受力大小進行選 材，減小了部分塔身主材的規格，減少塔身主材用鋼量。
下面結合附圖對本發明進一步說明。圖1為耐張型輸電鐵塔透視圖，其中1為角內側塔腿主材、2為角外側塔腿主材、3為角 內側塔身主材、4為角外側塔身主材、5為塔身斜材、6為橫隔材、7為下導線橫擔、8為中 導線橫擔、9為上導線橫擔、IO為地線支架。圖2為耐張型輸電鐵塔俯視圖，其中ll為角內側導線、12為角外側導線，圖中的箭頭 方向為大風吹過的方向。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的一個具體實例，輸電鐵塔按拉壓主材分別進行設計。 某220kV雙迴路耐張型輸電鐵塔，如附圖1所示，其設計條件為導線型號LGJ-400/35， 地線型號JLB40-150，水平檔距500m，垂直檔距750m，根開13.7m，轉角度數60-90度，最 大設計風速35m/s，呼高30m，中下相導線層高6.3m，上中相導線層高6.7m，地線支架高5m。 90度大風荷載工況下，對導地線掛點荷載進行計算得出，上相導線前側橫向、縱向及垂直三 向荷載分別為88.37kN、 67.94kN、 16.36kN;上相導線後側橫向、縱向及垂直三向荷載分別為83.95kN、 -63.53kN、 16.36kN;中相導線前側橫向、縱向及垂直三向荷載分別為87.79kN、 68.52kN、 16.36kN;中相導線後側橫向、縱向及垂直三向荷載分別為83.38kN、 -64.10kN、 16.36kN;下相導線前側橫向、縱向及垂直三向荷載分別為87.16kN、 69.15kN、 16.36kN;下 相導線後側橫向、縱向及垂直三向荷載分別為82.74kN、 -64.74kN、 16.36kN;地線前側橫向、 縱向及垂直三向荷載分別為27.52kN、 21.18kN、 2.68kN;地線後側橫向、縱向及垂直三向荷 載分別為27.52kN、 -21.18kN、 2.68kN。在90度大風荷載工況下，考慮塔身風荷載及導地線 掛點荷載的共同作用，按整體空間桁架法對該耐張鐵塔進行內力計算，以塔腿主材為例說明 拉壓型輸電鐵塔的設計選材；內側塔腿主材1受壓，壓力值1712.19kN;外側塔腿主材2受 拉，拉力值1517.53kN。傳統的設計方法是將內側塔腿主材1及外側塔腿主材2按照最不利 受力狀態進行設計，故內側塔腿主材1及外側塔腿主材2均按照壓力1712.19kN進行選材計 算，滿應力設計內側塔腿主材1及外側塔腿主材2規格Q345L200xl8;拉壓主材型輸電鐵塔 根據主材的實際受力特點，內側塔腿主材1和外側塔腿主材2分別進行設計，滿應力設計內 側塔腿主材1規格Q345 L200xl8，外側塔腿主材2規格Q345 L200x"。 90度反向大風工況 下，對其進行設計校核；內側塔腿主材l受壓，壓力值1368.65kN;外側塔腿主材2受拉， 拉力值1156.67kN;內側塔腿主材1規格Q345 L200xl8，外側塔腿主材2規格Q345 L200xl4， 滿足使用要求。傳統耐張型輸電鐵塔，塔腿內側塔腿主材1及外側塔腿主材2規格均為Q345 L200xl8，長度10.817m (共四根)，重量2353.78kg;拉壓主材型輸電鐵塔，塔腿內側塔腿主 材l規格為Q345 L200xl8，外側塔腿主材2規格均為Q345 L200xl4，長度10.817m (各兩 根，共四根)，重量2104.99kg;拉壓主材型輸電鐵塔塔腿主材較傳統輸電鐵塔塔腿主材省材 10.57%。此處已經根據特定的示例性實施例對本發明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不 脫離本發明的範圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性 的，而不是對本發明的範圍的限制，本發明的範圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1、一種拉壓主材型輸電鐵塔，包括角內側塔腿主材1、角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3、角外側塔身主材4、塔身斜材5、橫隔材6、下導線橫擔7、中導線橫擔8、上導線橫擔9及地線支架10等，其特徵在於對角內側塔腿主材1、角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3和角外側塔身主材4根據其實際的受力情況進行分別設計選材。
2、 如權利要求1所述的拉壓主材型輸電鐵塔，其特徵在於在90度大風控制工況下，對 於轉角型鐵塔設所述最大風力沿鐵塔兩側邊導線的夾角平分線的水平方向，沿導線橫擔或支 架由轉角外側吹向轉角內側，對於終端型鐵塔設所述最大風力沿導線橫擔或支架方向吹入， 分別對鐵塔的下導線、中導線、上導線和地線掛點處的張力、風荷載及垂直荷載進行計算， 並轉化為各個導線和地線掛點的橫向、縱向和垂直三向荷載，並計算大風對耐張鐵塔整個塔 身作用的風荷載，將上述二向荷載和塔身的風荷載疊加作為耐張鐵塔的外荷載，在90度大風 工況的外荷載作用下耐張鐵塔的角內側塔腿主材1和角內側塔身主材3處於受壓狀態，採用 滿應力法按照主材受壓穩定控制使用整體空間桁架法計算角內側塔腿主材1和角內側塔身主 材3的壓力值，從而對其進行截面選材，在90度大風工況的外荷載作用下耐張鐵塔的角外側 塔腿主材2和角外側塔身主材4處於受拉狀態，採用滿應力法按照主材受拉強度控制使用整 體空間桁架法計算角外側塔腿主材2和角外側塔身主材4的拉力值，從而對其進行截面選材。
3、 如權利要求2所述的拉壓主材型輸電鐵塔，其特徵在於當耐張型輸電鐵塔承受90度 反向風荷載作用時，角外側塔腿主材2及角外側塔身主材4所受拉力將減小，角內側塔腿主 材1及角內側塔身主材3承受的壓力也將減小，當耐張鐵塔轉角度數較小時可能出現反向的 應力，最後在上述選材確定後再進行90度反向風力工況下的壓力值和拉力值與選材是否匹配 的驗算，如果驗算通過則不需要改變選材型號，如果驗算不通過則需要根據反向風力工況下 的受力情況改變選材型號。
全文摘要
本發明提供了一種拉壓主材型輸電鐵塔，包括角內側塔腿主材1、角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3、角外側塔身主材4、塔身斜材5、橫隔材6、下導線橫擔7、中導線橫擔8、上導線橫擔9及地線支架10，其特徵在於對角內側塔腿主材1、角外側塔腿主材2、角內側塔身主材3和角外側塔身主材4根據其實際的受力情況進行分別設計選材，減小了部分塔身主材的規格，減少塔身主材用鋼量。
文檔編號E04H12/00GK101555732SQ20091008364
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月7日 優先權日2009年5月7日
發明者張子富, 楊靖波, 楊風利, 段舒寧, 王景朝, 程永峰, 韓軍科, 黃廷政 申請人:中國電力科學研究院