專利名稱：一種拉壓主材型輸電鐵塔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸電線路設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及針對耐張型輸電鐵塔的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的拉壓主 材型輸電鐵塔。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)的輸電線路領(lǐng)域，通常需要大量使用耐張型輸電鐵塔，現(xiàn)有的耐張型輸電鐵 塔一般包括直線型鐵塔、轉(zhuǎn)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范圍，其轉(zhuǎn)角度數(shù)較小，其承受的不平衡張力較?。晦D(zhuǎn)角型鐵塔位于線 路的轉(zhuǎn)角地點(diǎn)，具有耐張鐵塔相同的作用和特點(diǎn)，在正常情況下，承受導(dǎo)線及地線向內(nèi)角的 合力。根據(jù)轉(zhuǎn)角的大小的不同而不同，轉(zhuǎn)角型鐵塔一般分為轉(zhuǎn)角30度、轉(zhuǎn)角60度及轉(zhuǎn)角卯 度三種型號；終端鐵型鐵塔位于線路的起止點(diǎn)，它同時允許線路轉(zhuǎn)角，在正常情況下，其承 受線路側(cè)與架構(gòu)側(cè)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)形式的輸電鐵塔，其鐵塔的主要受力構(gòu)件塔身主材均為規(guī)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(yùn)行過程中自始至終承 受著拉力。鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件當(dāng)承受軸心壓力時，則存在整體穩(wěn)定及局部穩(wěn)定的問題，當(dāng)壓力較大 時，通常使得構(gòu)件的選取規(guī)格較大；當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受軸心拉力時，則不存在整體穩(wěn)定和局 部穩(wěn)定的問題，構(gòu)件截面的選取通常由受拉強(qiáng)度控制，因此即使當(dāng)構(gòu)件承受拉力較大時，通 常構(gòu)件選取的規(guī)格較受壓構(gòu)件要小很多。針對承受較大不平衡張力的轉(zhuǎn)角型及終端型的耐張 輸電鐵塔而言，可以根據(jù)其實(shí)際的受力特點(diǎn)，對其拉壓主材進(jìn)行分別設(shè)計，可以避免輸電鐵 塔四根主材均按受壓側(cè)主材進(jìn)行控制選材的弊端，從而減小耐張型輸電鐵塔主材的規(guī)格，減 少輸電鐵塔主材的用鋼量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對耐張型輸電鐵塔的受力特點(diǎn)，提出了一種拉壓主材型輸電鐵塔，包括角內(nèi)側(cè) 塔腿主材l、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3、角外側(cè)塔身主材4、塔身斜材5、橫隔 材6、下導(dǎo)線橫擔(dān)7、中導(dǎo)線橫擔(dān)8、上導(dǎo)線橫擔(dān)9及地線支架10等，其特征在于對角內(nèi)側(cè)塔腿主材l、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3和角外側(cè)塔身主材4根據(jù)其實(shí)際的受力情 況進(jìn)行分別設(shè)計選材。其中，在90度大風(fēng)的控制工況下，對于轉(zhuǎn)角型鐵塔設(shè)所述最大風(fēng)力沿鐵塔兩側(cè)邊導(dǎo)線的 夾角平分線的水平方向，沿導(dǎo)線橫擔(dān)或支架由轉(zhuǎn)角外側(cè)吹向轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)，對于終端型鐵塔設(shè)所 述最大風(fēng)力沿導(dǎo)線橫擔(dān)或支架方向吹入，分別對鐵塔的下導(dǎo)線、中導(dǎo)線、上導(dǎo)線和地線掛點(diǎn) 處的張力、風(fēng)荷載及垂直荷載進(jìn)行計算，并轉(zhuǎn)化為各個導(dǎo)線和地線掛點(diǎn)的橫向、縱向和垂直 三向荷載，并計算大風(fēng)對耐張鐵塔整個塔身作用的風(fēng)荷載，將上述三向荷載和塔身的風(fēng)荷載 疊加作為耐張鐵塔的外荷載，在90度大風(fēng)工況的外荷載作用下耐張鐵塔的角內(nèi)側(cè)塔腿主材1 和角內(nèi)側(cè)塔身主材3處于受壓狀態(tài)，采用滿應(yīng)力法(該滿應(yīng)力法參見《多塔高、多接腿送電 鐵塔滿應(yīng)力設(shè)計軟件》(1985年)使用手冊有詳細(xì)的描述)按照主材受壓穩(wěn)定控制方法(該 穩(wěn)定控制方法參見《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017-2003)使用整體空間桁架法(在使用整體 空間桁架法中，所有桿件視為兩端鉸接只受軸向力作用的桿單元)計算角內(nèi)側(cè)塔腿主材l和 角內(nèi)側(cè)塔身主材3的壓力值，從而對其進(jìn)行截面選材，在90度大風(fēng)工況的外荷載作用下耐張 鐵塔的角外側(cè)塔腿主材2和角外側(cè)塔身主材4處于受拉狀態(tài)，采用滿應(yīng)力法按照主材受拉強(qiáng) 度控制方法(該控制方法參見《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB 50017-2003)使用整體空間桁架法計 算角外側(cè)塔腿主材2和角外側(cè)塔身主材4的拉力值，從而對其進(jìn)行截面選材。其中，當(dāng)耐張型輸電鐵塔承受90度反向風(fēng)荷載作用時，角外側(cè)塔腿主材2及角外側(cè)塔身 主材4所受拉力將減小，角內(nèi)側(cè)塔腿主材1及角內(nèi)側(cè)塔身主材3承受的壓力也將減小，當(dāng)耐 張鐵塔轉(zhuǎn)角度數(shù)較小時可能出現(xiàn)反向的應(yīng)力，最后在上述選材確定后再進(jìn)行90度反向風(fēng)力工 況下的壓力值和拉力值與選材是否匹配的驗(yàn)算，如果驗(yàn)算通過則不需要改變選材型號，如果 驗(yàn)算不通過則需要根據(jù)反向風(fēng)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(nèi)側(cè)塔腿主材l、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔 身主材3、角外側(cè)塔身主材4、塔身斜材5、橫隔材6、下導(dǎo)線橫擔(dān)7、中導(dǎo)線橫擔(dān)8、上導(dǎo)線 橫擔(dān)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l(wèi)l為角內(nèi)側(cè)導(dǎo)線、12為 角外側(cè)導(dǎo)線；拉壓主材型耐張鐵塔是將塔身及塔腿處主材根據(jù)其實(shí)際的受力特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計選 材，角內(nèi)側(cè)塔腿主材1與角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3與角外側(cè)塔身主材4按拉壓 分別進(jìn)行設(shè)計，主材規(guī)格型號不同； 一般而言，對于耐張型輸電鐵塔，90度大風(fēng)工況為其塔 身主材的控制工況，即最大風(fēng)速沿導(dǎo)線橫擔(dān)(導(dǎo)線夾角平分線)方向由角外側(cè)吹向角內(nèi)側(cè)， 如附圖2中箭頭方向所示；90度大風(fēng)工況下，分別對導(dǎo)地線的張力、風(fēng)荷載及垂直荷載進(jìn)行計算，并轉(zhuǎn)化為導(dǎo)地線掛點(diǎn)的三向荷載，同時考慮大風(fēng)對耐張鐵塔整個塔身作用的風(fēng)荷載， 以上荷載作為耐張鐵塔的外荷載；在90度大風(fēng)外荷載作用下耐張鐵塔角內(nèi)側(cè)塔腿主材1及角 內(nèi)側(cè)塔身主材3處于受壓狀態(tài)，采用滿應(yīng)力法按照主材受壓穩(wěn)定控制對其進(jìn)行截面選材；在 卯度大風(fēng)外荷載作用下耐張鐵塔角外側(cè)塔腿主材2及角外側(cè)塔身主材4處于受拉狀態(tài)，采用 滿應(yīng)力法按照主材受拉強(qiáng)度控制對其進(jìn)行截面選材；當(dāng)耐張型輸電鐵塔承受90度反向風(fēng)荷載 作用時，其角外側(cè)塔腿主材1及角外側(cè)塔身主材3所受拉力將所有減小，當(dāng)耐張鐵塔轉(zhuǎn)角度 數(shù)較小時甚至可能出現(xiàn)壓應(yīng)力，在90度大風(fēng)工況下對耐張鐵塔進(jìn)行選材后，尚需進(jìn)行90度 反向風(fēng)及其它工況下的驗(yàn)算?，F(xiàn)有輸電鐵塔塔身主材的選材，是根據(jù)其外荷載按照受壓側(cè)主材的受力進(jìn)行選取，輸電 鐵塔塔身主材規(guī)格相同；拉壓主材型輸電鐵塔根據(jù)其受力特點(diǎn)，將輸電鐵塔主材分別進(jìn)行設(shè) 計，其中受壓主材按照穩(wěn)定控制選材，規(guī)格較大，受拉主材按照強(qiáng)度控制選材，規(guī)格相對較 ??；通過對塔身主材的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)一步減小了輸電鐵塔主材的規(guī)格，減少了主材用鋼量。因此本發(fā)明的有益效果是對輸電鐵塔主材進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，根據(jù)其實(shí)際的受力大小進(jìn)行選 材，減小了部分塔身主材的規(guī)格，減少塔身主材用鋼量。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1為耐張型輸電鐵塔透視圖，其中1為角內(nèi)側(cè)塔腿主材、2為角外側(cè)塔腿主材、3為角 內(nèi)側(cè)塔身主材、4為角外側(cè)塔身主材、5為塔身斜材、6為橫隔材、7為下導(dǎo)線橫擔(dān)、8為中 導(dǎo)線橫擔(dān)、9為上導(dǎo)線橫擔(dān)、IO為地線支架。圖2為耐張型輸電鐵塔俯視圖，其中l(wèi)l為角內(nèi)側(cè)導(dǎo)線、12為角外側(cè)導(dǎo)線，圖中的箭頭 方向?yàn)榇箫L(fēng)吹過的方向。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一個具體實(shí)例，輸電鐵塔按拉壓主材分別進(jìn)行設(shè)計。 某220kV雙回路耐張型輸電鐵塔，如附圖1所示，其設(shè)計條件為導(dǎo)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(zhuǎn)角度數(shù)60-90度，最 大設(shè)計風(fēng)速35m/s，呼高30m，中下相導(dǎo)線層高6.3m，上中相導(dǎo)線層高6.7m，地線支架高5m。 90度大風(fēng)荷載工況下，對導(dǎo)地線掛點(diǎn)荷載進(jìn)行計算得出，上相導(dǎo)線前側(cè)橫向、縱向及垂直三 向荷載分別為88.37kN、 67.94kN、 16.36kN;上相導(dǎo)線后側(cè)橫向、縱向及垂直三向荷載分別為83.95kN、 -63.53kN、 16.36kN;中相導(dǎo)線前側(cè)橫向、縱向及垂直三向荷載分別為87.79kN、 68.52kN、 16.36kN;中相導(dǎo)線后側(cè)橫向、縱向及垂直三向荷載分別為83.38kN、 -64.10kN、 16.36kN;下相導(dǎo)線前側(cè)橫向、縱向及垂直三向荷載分別為87.16kN、 69.15kN、 16.36kN;下 相導(dǎo)線后側(cè)橫向、縱向及垂直三向荷載分別為82.74kN、 -64.74kN、 16.36kN;地線前側(cè)橫向、 縱向及垂直三向荷載分別為27.52kN、 21.18kN、 2.68kN;地線后側(cè)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(fēng)荷載工況下，考慮塔身風(fēng)荷載及導(dǎo)地線 掛點(diǎn)荷載的共同作用，按整體空間桁架法對該耐張鐵塔進(jìn)行內(nèi)力計算，以塔腿主材為例說明 拉壓型輸電鐵塔的設(shè)計選材；內(nèi)側(cè)塔腿主材1受壓，壓力值1712.19kN;外側(cè)塔腿主材2受 拉，拉力值1517.53kN。傳統(tǒng)的設(shè)計方法是將內(nèi)側(cè)塔腿主材1及外側(cè)塔腿主材2按照最不利 受力狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計，故內(nèi)側(cè)塔腿主材1及外側(cè)塔腿主材2均按照壓力1712.19kN進(jìn)行選材計 算，滿應(yīng)力設(shè)計內(nèi)側(cè)塔腿主材1及外側(cè)塔腿主材2規(guī)格Q345L200xl8;拉壓主材型輸電鐵塔 根據(jù)主材的實(shí)際受力特點(diǎn)，內(nèi)側(cè)塔腿主材1和外側(cè)塔腿主材2分別進(jìn)行設(shè)計，滿應(yīng)力設(shè)計內(nèi) 側(cè)塔腿主材1規(guī)格Q345 L200xl8，外側(cè)塔腿主材2規(guī)格Q345 L200x"。 90度反向大風(fēng)工況 下，對其進(jìn)行設(shè)計校核；內(nèi)側(cè)塔腿主材l受壓，壓力值1368.65kN;外側(cè)塔腿主材2受拉， 拉力值1156.67kN;內(nèi)側(cè)塔腿主材1規(guī)格Q345 L200xl8，外側(cè)塔腿主材2規(guī)格Q345 L200xl4， 滿足使用要求。傳統(tǒng)耐張型輸電鐵塔，塔腿內(nèi)側(cè)塔腿主材1及外側(cè)塔腿主材2規(guī)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(nèi)側(cè)塔腿主 材l規(guī)格為Q345 L200xl8，外側(cè)塔腿主材2規(guī)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(tǒng)輸電鐵塔塔腿主材省材 10.57%。此處已經(jīng)根據(jù)特定的示例性實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說在不 脫離本發(fā)明的范圍下進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶鎿Q或修改將是顯而易見的。示例性的實(shí)施例僅僅是例證性 的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求定義。
權(quán)利要求
1、一種拉壓主材型輸電鐵塔，包括角內(nèi)側(cè)塔腿主材1、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3、角外側(cè)塔身主材4、塔身斜材5、橫隔材6、下導(dǎo)線橫擔(dān)7、中導(dǎo)線橫擔(dān)8、上導(dǎo)線橫擔(dān)9及地線支架10等，其特征在于對角內(nèi)側(cè)塔腿主材1、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3和角外側(cè)塔身主材4根據(jù)其實(shí)際的受力情況進(jìn)行分別設(shè)計選材。
2、 如權(quán)利要求1所述的拉壓主材型輸電鐵塔，其特征在于在90度大風(fēng)控制工況下，對 于轉(zhuǎn)角型鐵塔設(shè)所述最大風(fēng)力沿鐵塔兩側(cè)邊導(dǎo)線的夾角平分線的水平方向，沿導(dǎo)線橫擔(dān)或支 架由轉(zhuǎn)角外側(cè)吹向轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)，對于終端型鐵塔設(shè)所述最大風(fēng)力沿導(dǎo)線橫擔(dān)或支架方向吹入， 分別對鐵塔的下導(dǎo)線、中導(dǎo)線、上導(dǎo)線和地線掛點(diǎn)處的張力、風(fēng)荷載及垂直荷載進(jìn)行計算， 并轉(zhuǎn)化為各個導(dǎo)線和地線掛點(diǎn)的橫向、縱向和垂直三向荷載，并計算大風(fēng)對耐張鐵塔整個塔 身作用的風(fēng)荷載，將上述二向荷載和塔身的風(fēng)荷載疊加作為耐張鐵塔的外荷載，在90度大風(fēng) 工況的外荷載作用下耐張鐵塔的角內(nèi)側(cè)塔腿主材1和角內(nèi)側(cè)塔身主材3處于受壓狀態(tài)，采用 滿應(yīng)力法按照主材受壓穩(wěn)定控制使用整體空間桁架法計算角內(nèi)側(cè)塔腿主材1和角內(nèi)側(cè)塔身主 材3的壓力值，從而對其進(jìn)行截面選材，在90度大風(fēng)工況的外荷載作用下耐張鐵塔的角外側(cè) 塔腿主材2和角外側(cè)塔身主材4處于受拉狀態(tài)，采用滿應(yīng)力法按照主材受拉強(qiáng)度控制使用整 體空間桁架法計算角外側(cè)塔腿主材2和角外側(cè)塔身主材4的拉力值，從而對其進(jìn)行截面選材。
3、 如權(quán)利要求2所述的拉壓主材型輸電鐵塔，其特征在于當(dāng)耐張型輸電鐵塔承受90度 反向風(fēng)荷載作用時，角外側(cè)塔腿主材2及角外側(cè)塔身主材4所受拉力將減小，角內(nèi)側(cè)塔腿主 材1及角內(nèi)側(cè)塔身主材3承受的壓力也將減小，當(dāng)耐張鐵塔轉(zhuǎn)角度數(shù)較小時可能出現(xiàn)反向的 應(yīng)力，最后在上述選材確定后再進(jìn)行90度反向風(fēng)力工況下的壓力值和拉力值與選材是否匹配 的驗(yàn)算，如果驗(yàn)算通過則不需要改變選材型號，如果驗(yàn)算不通過則需要根據(jù)反向風(fēng)力工況下 的受力情況改變選材型號。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種拉壓主材型輸電鐵塔，包括角內(nèi)側(cè)塔腿主材1、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3、角外側(cè)塔身主材4、塔身斜材5、橫隔材6、下導(dǎo)線橫擔(dān)7、中導(dǎo)線橫擔(dān)8、上導(dǎo)線橫擔(dān)9及地線支架10，其特征在于對角內(nèi)側(cè)塔腿主材1、角外側(cè)塔腿主材2、角內(nèi)側(cè)塔身主材3和角外側(cè)塔身主材4根據(jù)其實(shí)際的受力情況進(jìn)行分別設(shè)計選材，減小了部分塔身主材的規(guī)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(yōu)先權(quán)日2009年5月7日
發(fā)明者張子富, 楊靖波, 楊風(fēng)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(xué)研究院