《输电杆塔设计》课程设计

输电线路工程专业输电杆塔设计课程设计设计说明书题目110KV普通自立式钢筋混凝土单杆电杆设计输电杆塔设计课程设计任务书一、课程设计的目的输电杆塔设计课程是输电线路工程重要的专业课之一,输电杆塔课程设计是本门课程教学环节中的重要组成部分。通过课程设计,使学生能系统学习和掌握本门课程中所学的内容,并且能将其它有关先修课程,如材料力学、结构力学、线路设计基础、钢筋混凝土设计基础、电气技术等理论知识在实际的设计工作中得以综合地运用；通过课程设计,能使学生熟悉并掌握如何应用有关资料、手册、规范等,从设计中获得一个工程技术人员设计方面的基本技能；课程设计也是培养和提高学生独立思考、分析工程实际问题和解决问题能力的重要手段。二、设计题目110KV单杆直线电杆设计拉线式三、设计参数电压等级110KV避雷线型号GJ一35电杆锥度1/75电杆根部埋深3M顶径270MM气象条件级绝缘子7片一45地质条件土壤类型可塑粘性土；容重16；3/KNM抗剪角_30_；被动土压系数48_3/KNM。设计参数表格避雷线支持力参数学生姓名导线型号水平档距（M）垂直档距（M）TMAXTMIN田维LGJ150/2525537545504450一整理设计用相关数据1由于线路经过典型气象区，则查表将数据填入表1（气象条件表）。表1气象条件表气象项目最高气温最低气温最大风覆冰有风安装有风年均气温气温（）4020551010风速（M/S）002510100冰厚（MM）0005002电杆荷载组合情况。表2电杆荷载组合情况表荷载类型垂直荷载横向水平荷载纵向水平荷载荷载组合项目导、地线、绝缘子串、金具重力荷电杆自重荷载安装时工人、工具重力荷载导、地线、绝缘子串和金具风压电杆本身风载转角电杆上导线及地线角度力导、地线不平衡张力断线时对电杆产生的支持力导线安装时的紧线张力3确定导线LGJ150/25的相关参数，列于下表3中。表3导线LGJ150/25参数表截面积AMM2导线直径DMM弹性系数EMPA温度膨胀系数1/C计算拉断力N计算质量KG/KM抗拉强度MPPA安全系数K许用应力MPA0年均应力上限MPCPA1731117107600018910654110601029695251187874244地线GJ35的相关参数列于下表4中。表4地线GJ35的相关参数计算截面积（）2M计算直径（MM）极限强度2/NM最大拉断力N最小拉断力N重量KG/KM3727811761372470046003005绝缘子相关参数（表5）表5绝缘子相关参数主要尺寸（MM）工频电压KVRMS不小于雷电全波冲击电压KVPEAK不小于抗张机械负荷（KN）型号结构高度H盘径D公称爬电距离L连接形式标记干闪络湿闪络1MIN湿耐受击穿50闪络耐受例行试验1H机电试验机电破坏不小于重量（KG）X4514625428516804540110120100364560506线路金具选配表表6线路金具选配表名称质量KG数量型号长度MM挂板0561Z7（60）球头挂环0271QP7（50）绝缘子507X45（146）悬垂线夹201CGU3（118）预绞丝071FYH150/25绝缘子串长度1250MM绝缘子串重量3853KG7电杆结构及材料（1）设计用混泥土强度为C30，纵向钢筋采用光面钢筋，螺旋钢筋采用16，螺距为100MM。8（2）基础配置上、下卡盘及底盘，卡盘规格为080302，底盘规格为1010021。8地质条件安B类地区设计风速土壤类型_可塑粘性土_容重_16_3/KNM抗剪角_30_被动土压系数_48_二导线和地线相关计算及最大弧垂的判定1导线比载计算（单位MPA/M）（1）自重比载333110541078659010,AQG（2）冰重比载33321077278,5DB（3）垂直总比载32110750,0,（4）无冰风压比载假设风向垂直于线路方向019SIN,CKV线路可以得出下式/106250,324MMPAADVSCF外过有风（）1/1SCFSM、3324107960762501,内过电压（）1/1SCFSV、3324104607562501,最大风，设计强度时（）1850/25SCFSMV、334617180625,0最大风，设计风偏时（）10/25SCFSV、33489251716025,05覆冰风压比载（）00/CSCFSMV、33251741715216501,6无冰综合比载公式,0,24216VV外过有风370内过电压6925,最大风，设计强度时36104,最大风，设计风偏时7107覆冰综合比载3252376,0,1,52将计算的导线比载结果汇成下表7（单位）MMPA/10表7导线比载汇总表0,1,520,325,43,4,525,06强度1,73405177051753608085,F2589061,F117410,FSC114961530611SC11SC3计算比值，将计算的结果列入下表8中（单位1/M）0/表8可能的应力控制条件气象条件最大风覆冰有风最低温年均温许用用力MPA1187811878118787424比载MMPA/1034961530634053405温度C552010比值304176044670286604586编号BCAD4计算临界档距，利用列表法（表9）气象条件ABCD临界档距MLAB2694022LAC2388215LAD不存在LBC不存在LBD不存在LCD不存在5由此得出年均温为控制气象条件6最大弧垂判定当档距为255时，控制条件为年均气温比载003405,应力7424,温度T10临界气温TJ18度，最大弧垂发生在最高气温状态3690MPA则最大弧垂MLF5069382105402MAX7地线比载计算计算步骤同导线比载计算相同，将数据填入下表10地线截面积A372MM2地线直径D78MM表10地线比载表（单位）MMPA/103项目0,15,20,3,4安装,4外过25,04强度,4风偏数据（3）79094770126791573157383545995项目10,5,6安装10,6外过25,6强度,06风偏10,57数据（310）35898064806411504992413177三电杆外形尺寸确定1电杆总高计算电杆的总高度与档距、地理条件、电压等级、气候及电气等因素有关。电杆总高等于呼称高度加上导线间的垂直距离和避雷线支架高度、基础埋深。1电杆呼称高度电杆下横担的下线边缘线到地面垂直距离H称为电杆的呼称高度，由悬垂绝缘子串长度、导线最大弧垂、导线到地面及被跨越物安全距离及施工裕MAXFXH量H组成，即HFXA110KV电杆采用7片X45绝缘子，导线弧垂为65M251,电杆按居民区设计偏安全，设计导线到地面垂直距离为70M,200M300M档距施工裕度为06M。因此，电杆设计呼高H1635M,选取呼高为18M。2导线间的垂直距离单回线路两相导线水平排列线间距，规程规定导线间的水平线间距，可根据运行经验确定，1000M以下档距计算式为MAX040651MUDF在覆冰较少地区，规程推荐垂直线间距宜采用水平线间距的75即75VMD计算得VM46283、则设计导线间水平距离为50M，设计导线间垂直距离为40M。3地线支架高度设计110KV线路采用防雷保护角，取地线支架向右侧偏移03M,避25雷线支架高度为H，则地线对下横担左侧导线防雷保护为控制条件，由防雷条件4630TANH求的H226M,选取避雷线支架高度为30M。电杆总高由地线支架高度、导线间垂直距离、杆塔呼称高度、埋深这几部分组成。综上，电杆设计总高H3040183028M2横担长度计算由以上计算出两相导线水平间距，可选取下横担长度为5M,上下导线垂直间距为4M,上下导线水平偏移距离06M,上横担长度为19M。3电杆外形尺寸校验1上下导线垂直线间距的校验。由表310得最小垂直线间距为35M,小于实际线间距40M，合格。2上下导线水平偏移校验。由表311得规程规定水平偏移距离为05M,小于实际上下导线水平偏移距离06M,合格。3档距中央导线与地线间距离校验。规程规定在雷电过电压气象条件下气温，无风。应保证档距中央导线与地线间距满足15C012SL雷电过电压气象条件下导线弧垂为411M,地线弧垂可忽略。则64125017403S即档距中央导线与地线间距离符合要求。4带电作业上人检修安全距离校验。带电作业校验气象条件为风速V10M/S,气温15,人体活动范围0305M，110KV校验间隙为10M,通过间隙圆校验，安全。5间隙圆校核。级气象区三种气象条件风速正常运行情况V25M/S,操作过电压V15M/S,雷电过电压V10M/S。三种气象条件下绝缘子串风荷载绝缘子风荷载公式021WANPJZJ因则03,1,7,12JZAN2222501/61170370165/6ZCLPKNMK三种气象条件下导线风荷载为导线风荷载公式20SINFCSHPWDLKNPZ65913716025160C40752KNPL357160102导线重力荷载ALNGVD2153431三种气象条件下绝缘子串风偏角公式2ARCTNJDGP98437605119RTZ3224ACN51RTL规程给出的最小空气间隙为0,70,1ZCLRR根据，用一定比例制作间隙圆校验图，三种气象条件下间102MR和、值隙校验合格。四电杆荷载计算1运行情况1直线杆塔第一种荷载组合情况为最大设计风速、无冰、未断线。级气象区，从规程中查得V25M/S,TC,B0地线重力为NGLAJBV线风压为PPBB2554833254导线重力为NGLAJDVD258938701031绝缘子串风荷载绝缘子串数，每串绝缘子片数，单裙一片绝1N2N缘子挡风面积，绝缘子串高度为135M,查表得风压高度变化系数203JM，则1Z2120517039416JDZJPNAWN导线风压为PLJDD87283632542运行情况2直线杆塔的第二种荷载组合为覆冰、有相应风速、未断线。V10M/S,TC,B设计冰厚为5MM,覆冰系数取K1075,则地线重力为NPLAPANNGKLGLGNAPNKLLJDPDJZJJDVDJVDDPBBJBVBJVB531273104516/0439751288978930031340257101972491749350,1522121353321导线风压绝缘子串的风压导线重量地线风压下图（A）（B）分别为正常运行情况1和2的荷载图。3断导线情况1、2断一根导线的荷载组合为无风、无冰。NTTXTNKTLGJNNGMAXDPMAXDB450,4607193522056514/1165893257MINMAX地线支持力为比导线最大使用张力百分的最大使用张力为断线张力断导线相未断导线相导线重力地线重力下图（C）、（D）为断上下导线的荷载图。4断地线情况断地线荷载组合情况为无冰、无风、导线未断。NXTKTNGNBMAXPBMAXDJB348120174740356892/12/8P比地线最大使用张力百分地线最大使用张力的最小计算拉断力断线地线张力地线重量导线的重量下图（E）为断地线荷载图。5安装情况1起吊上导线，荷载组合情况为有相应风、无冰。V0M/S,TC,BNLAPNGPDDBB3025170964258349315279104104导线风压为导线重力地线风压为地线重力挂上导线时，导线越过下横担须向外拉开，其拉力与水平线的夹角为，T2并假定上、下横担间导线水平拉出13M。NKPNGGNPTNTTYTXTFTTT128308918341015725243907512907365820SING431,020COS431,0D11112D1221为和横向荷载引起垂直荷载联立解式得得则得则下图（F）为起吊上导线时的荷载图。6安装情况2起吊下导线。地线、导线的重力和风压同安装情况1所述。正在起吊下导线时下横担处的总重力为NGKFD534052810下图（G为起吊下导线时的荷载图。7杆身风压计算。根据已知条件风压高度变化系数取，构件体形系数取，电1ZU70SU杆风荷载调整系数取。1Z正常情况大风时上横担处单位长度杆身风压为/53126023701622/51507215/8096125407106407512/7285613027106235706275/34786125307106230752020001,2240044230033200221011MNVDWAPMHDMNVDWAPHMHDMNVDWAPHZSFZSZSFZSZSFZSZSFZSZSFZS单位长度杆身风压为）安装情况。上横担处压为地面处单位长度杆身风身风压为电杆接头处单位长度杆风压为下横担处单位长度杆身/721360235701761222002,VDZSF风压为下横担处单位长度杆身/97156024701612223003,MNVWAPZSF身风压为电杆接头处单位长度杆/94176025701612224004,VDAPZSF压为地面处单位长度杆身风五电杆杆柱的强度验算及配筋计算1配筋及抵抗弯矩计算初选嵌固点处配置光面级纵向钢筋，；C30的混凝土160210/YFNM；断外面直径219/CMFN3,40DMD查附表9得201AS计算可知1684370152012015490SIN2704SINSIIN324259154932221MKNRAFRAFMFFMRSYCMSYCS锥形电杆通常在满足外弯矩的条件下，可逐段减少主筋，技术术语称抽筋（通常每隔数米减少两根主筋）其它各段的抵抗弯矩见下表，电杆抵抗弯矩图MR及各段配筋如附图4。抵抗弯矩RHMDDA2MSRSA2MSINRMKNM2570470816402604816028025232553043075360240430002802519484903906908022040200280241581145035062800200361802802413013423323585611865321602702411015396296543221732814026024921737027050240160241202502372232901903768012020100240234320/75/4/4SIN2XXYSRCMSYCMSDHADDRDFMFFA2拉线的计算（见教材图519）设计电杆外径400MM，内径300MM。四根拉线采用对称布置，拉线点在下横担处，设计拉线与横担的水平夹角40，与地面的夹角60，拉线长度L135/SIN60156M，在地面上投影B1LCOS6078M，电杆埋深3M，拉线盘埋深25M。拉线的受力计算主要由正常情况的荷载和挠度控制。正常情况下拉线的受力取最大风速情况计算，此时P9844（N/M）030ZSFAW95148251498514216875279012530721331MNHPHAGMDBDBDNHRD652148389460COS2COS205T则断上导线时的受力其受力为2043COS251COSIN20519INRTXYXY其中2918543070124810795065179503312NHAGRNTHAGTRBXMDFDMDY选择拉线截面32157092MAX1MTKAPL选取拉线17781570。2正常情况下电杆弯矩计算运行情况1（大风）杆头荷载如附图3,拉线点以上部分（截面0，1，2，）处的弯矩计算7350793MNGMB）（MN86703548291821502211PBD）（N/M2547075280169213942PPDB）（GBDB/611375089245168739139P60M2D3）（MNPBDB/1380950215416870279158275524D4）（MNPGBDB/1503175215741685279158279PM04D（2）运行情况2（覆冰）运行情况2的计算方法同上，因为为非重冰区，故不是控制条件，计算略去。3断导线情况时的弯矩计算断上导线情况因断上导线对杆身产生的弯矩比断下导线要大得多（即断上导线起着控制作用），故只计算断上导线时杆柱的弯矩。首先计算断导线时的设计荷载。断导线张力为6401T076194MAXNNTD地线最大支持力为8061708345INDB横担转动后断线张力为地线不平衡张力为最小支持力为（2地线不平衡张力引起的弯矩因为电杆在嵌固点的弯矩最大，故只计算此点的弯矩为63049752134851215MNTMB4电杆安装时强度验算1安装上导线各处的弯矩）（）（MN1496709351249183020PGBB2842148675M0BB2安装下导线时各处的弯矩178065608092T554MINAX1GKMNHFDCB嵌固点处的弯矩为上横担处的弯矩为）（）（MN5078093512491253190P5G2BDBM）（）（15780975132402583161492539PG2DBD2B安装时产生的最大弯矩M114967NM，M221784NM均在抵抗弯矩包络图内，故安全。5杆柱弯扭验算上字型无拉线单杆直线电杆转动横担启动力为2500N，横担长度为25M，故上导线短线，横担转动时主杆同时承受弯矩，剪力和扭矩的作用，剪力V2500N,扭矩T2500256250N。电杆外径D400MM，内径D300MM,C30的混凝土，则215/TFNM/51/51034016502224MNFMNWTTDVTT全部应力可由混泥土承担，螺旋钢筋可仅按构造要求配置。6正常情况时的裂缝宽度验算嵌固点处配置18光面级纵向钢筋。采用级螺旋钢筋，螺距为166S100MM。2222211/0,/0,/59,36879487433,7MNFVMKNEKNEARARRRTKSCSCS光面钢筋嵌固点处（1）验算裂缝宽度应采用弯矩标准值（即荷载标准值引起的弯矩）5907510251473052149258372P81MDPGBDB满足要求。计算裂缝宽度计算开裂弯矩2017501025313684210234129758672/0672184024129758034058469127590MAX6MAX1222020VREAMSMKNWFMNFRMAAESCDTKCRTKSDSCCS7电杆组立时的强度验算对电杆除了要进行各种工作状态下的强度和抗裂计算外，还应根据实际组立的起吊方法进行起吊强度验算。下面以该电杆为例，按人字抱杆单点起吊法进行强度验算。1已知上横担B点的集中荷载为上横担和绝缘子串的重量，估计为900N,作用在下横担C点的集中荷载为2000N；整根电杆自重为35000N,为计算方便并偏安全设计，将锥形电杆的自重按照等径电杆均布荷载计算，即电杆每米重量/41892350QMN1支点反力（见下图）179534350290Y190517489350482517170MBNNYQQBB0120102C1OV8967541389/3/0VQYCEOM主杆起吊时各截面的剪力点截面处的剪力为在段内剪力为零的截面点距点的距离为点剪力为2B1C2B1596135961486323484790319042QNY截面的剪力为20222C3OECB14891489M304281906756306179506654NM189193GEGRNMR电杆起吊时各、各截面的弯矩计算为2224875744831530NMBMR02,02418711597,05620348MD25,62053871197,53871943481220X1111202X11MXXMXXXYCBMXMXXXYOCX取和求得故有由于则点的距离为段设零弯矩点位置距取和求得故有由于，则点的距离为段设零弯矩点位置距求零弯矩点的位置。根据求出的各点弯矩和零点弯矩的位置，画出弯矩图，如下图所示。从弯矩图可以看出，虽然安装引起的弯矩大于正常大风情况的弯矩，但仍然小于电杆的抵抗弯矩，安全。2以下横担C点为起吊点计算方法同上，剪力及弯矩图如下图。六电杆基础选型及强度校验1抗倾覆稳定验算。基础的计算宽度为JB电杆埋深为，电杆腿部外径MH30MB5702630H431265COS35TAN8031524COSTAN3210KJB805702计算。水平荷载合力为，等效作用点高度为，KNS1MH41203151280632,4300KHMBMHJJ查表得由于抗倾覆基础稳定验算。查表得基础附加分项系数，则1F需要加卡盘3585410MKNMMKNSHJF加上下卡盘后抗倾覆稳定验算。设卡盘位置为，并选择卡盘截面为130MH032BH求。6850263820142查表得HBSFJF计算E。其计算式为521220KNMJ计算基础的极限倾覆力为314685023122221KNEXSJ计算上下卡盘的抗倾覆力PK为983410KNPJFK计算卡盘长度。卡盘的截面尺寸为，则032BH105TAN17631TAN21MHMBYLK卡盘实际长度为0571MDLL选择上卡盘规格为。832基础抗压强度校验。1抗压承载力的计算规格ABT1（MMM）0808018基础上部结构传至基础的竖向压力设计值包括电杆自重、导地线绝缘子及金具的重量，估计为35000N基础自重及土石方重量约为284KN,地盘底面压应力为故压应力满足要求。因/P/43075/32/53201740285/98162FAFASDBKGMKNMKNHANP底盘强度计算将基础底部的压应力看做底盘底面积的均布荷载，即32910875098MA649QE102615473A/59804721632S121MFTKNAMDKNAGNQY底盘配筋面积为计算截面弯矩为算截面的距离为梯形面积形心到中间计基础上部梯形短边底盘配筋选用10级钢筋，钢筋面积为，故基础122AS底盘选配符合要求。所以，选用规格ABT1（MMM）0808018的底盘且底盘配筋选用10级钢筋是安全的。上拔基础的计算包括拉线盘上拔稳定，水平方向稳定及拉线盘强度验算拉线盘规格030602基本参数KNTXY31460COS28COS