输电线路杆塔课程设计

1、三峡大学电气与新能源学院课程设计说明书学 期 :专 业： 输 电 线 路 工 程 课程名称： 输电杆塔及基础设计 班级学号：姓 名：指导老师：输电杆塔设计课程设计任务书、设计题目：110KV 门型直线电杆设计（自立式带叉梁）、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 4.5 地质条件：粘土， s=16 kN/m3， =20， =30， 设计参数如下：姓名参数导线型号水平档距（m）垂直档距（m）避雷线支持力TmaxTminLGJ-150/2523037044004300三、设计成

2、果要求1设计说明书一份（ 1.5 万字,含设计说明书插图）2图纸若干（1）电杆尺寸布置图（2）电气间隙效验图（2）正常运行情况下的抵抗弯矩图（3）事故时的弯矩图一、整理设计用相关数据 . .11 任务书参数 . 12 气象条件列表 . . 13 导线 LGJ-150/35 相关参数表 . . 14 导线比载计算 . .15 地线相关参数 .36 地线比载计算 .37 绝缘子串和金选择 .38 地质条件 .49 杆塔结构及材料 .4二、电杆外形尺寸的确定 . .41 杆的呼称高度 .42 导线水平距离 .53 间隙圆校验 .54 地线支架高度确定 .65 杆塔总高度 .7三、杆塔荷载计算 .71

3、 标准荷载 .72 设计荷载 .9四、电杆杆柱的强度验算及配筋计算 . 111 配筋计算 . .112 主杆弯矩计算 . . 113 事故情况下的弯矩计算 . .124 裂缝计算 . . 135 单吊点起吊受力计算 . . 13五、基础设计 . . . .141 土壤特性 . .142 抗压承载力计算 153 底盘强度计算 15 八、参考文献 .16 九、附图附图 1尺寸布置图 .17附图2间隙圆校验图 . .18 附图 3 正常运行最大风情况下的抵抗弯矩图 . .19 附图 4 事故时弯矩图 . .20以得出下式：1) 外过电压，4 (0,10)2) 内过电压2v4(0,v) 0.625 f

4、 scd10A 安装有风： v=10m/s, f =1.0, sc =1.110230.625 1.0 1.1 17.5 10 3 6.624181.62v=15m/s, f =0.75, sc =1.133(MPa /m)10 3Mpa /m整理设计用相关数据1、任务书所给参数：表1导线型号水平档距垂直档距地线支持力 Tmax TminLGJ 150/30240360440043002、 气象条件列表： 表2气象条件气 温()风速( m/s)覆 冰( mm )最高温+4000最低温-2000覆冰-5105最大风-5250安装-10100外过电压+15100内过电压、年均温+101503、 根

5、据任务书提供导线 LGJ-150/35 的参数，(参考书二)整理后列下表：表 3 1截面积 A(mm2)导线直径d(mm)弹性系 数E (MPa)温度膨胀 系数 (1/C)计算拉断力(N)计算质量(Kg/km)抗拉强度 p MPa安全系数K许用应力 0 Mpa年均应力上 限 cp MPa181.6217.508000017.810-665020676.2340.102.5136.0485.034、 计算导线的比载(1) 导线的自重比载 ：qg 3 676.2 9.80665 3 32)冰1重(0比,0载) ：10 3 10 3 36.512 10 3 (MPa / m)1 A 181.622

6、(5,0) 27.728 5(17.5 5) 10 3 17.175 10 3 (MPa / m)( 3)垂2直总比载：181.6253.687 10 3 MPa /m90,sin 901;110Kv线路 c 1.0 可3(5,0) (36.512 17.175) 10 34) 无冰风压比载 ：假设风向垂直于线路方向1523 34(0,15) 0.625 0.75 1.1 17.5 10 3 11.179 10 3Mpa /m181.623)最大风速v=25m/s, 设计强度时， f =0.85, sc =1.14)4(0,25)最大风速4(0,25)0.625 0.85 1.1 17.5 2

7、5 10 3181.62 v=25m/s,计算风偏时， f =0.61, sc =1.1252 3 0.625 0.61 1.1 17.5 10 3181.6235.192 10 3Mpa /m25.256 10 3Mpa / m覆冰风压比载计算 ： v=10m/s, 计算强度和强度时，102 3 35(5,10) 0.625 1.0 1.2 (17.5 2 5) 10 3 11.356 10 3Mpa /m 6) 无冰综合比载 181.621) 外过电压，安装有风：5)f =1.0, sc =1.210 3Mpa/m6(0,10)(1 0,0)2 (4 0，v)236.5122 6.6242

8、 10 3 37.1082) 内过电压 ：6 (0,15) 36.5122 11.179210 3 38.815 10 3Mpa/m3) 最大风速计算强度时：6 (0,25)36.5122 35.1922 10 3 50.711 10 3Mpa/m4) 最大风速计算风偏时：6 (0,25)36.5122 25.2562 10 3 44.396 10 3Mpa/m7)覆冰综合比载：7 (5,10)(3 5,0)2 (5 5,10)253.6872 11.3562 10 3 54.875 10 3Mpa/ m将有用比载计算结果列表：表 4 - 2 单位： 10 3Mpa/m1(0,0)2(0,5)

9、3(0,5)4(0,25)f =0.75, sc =1.15 (5,10)f =1.0, sc =1.26(0,25)7 (5,10)36.51217.17553.68735.19211.35650.71154.8755、计算比值 / 0 ，将计算的结果列入下表：由于最大风速和覆冰有风比载和气温都相同，故比载小的不起控制作用。表 5 - 1气象条件覆冰有风最低温年均温许用用力 (Mpa)136.04136.0485.03比载( 10 3Mpa /m )54.87536.51236.512温度5-20103/ 0( 10 3)0.4030.2680.429排序bac计算临界档距：lab80000

10、 ( 0.403 10 3)2 (0.268 10 3 )2 24 b aE(tb ta )24 136.04 136.04 17.8 10 6 80000 ( 5 ( 20)E( b / b a / a)24 85.03 136.04 17.8 10 6 80000 (10 ( 20)24=265.97 macE( c / ca / a)=虚数：80000 (0.429 10 3)2(0.268 10 3)224 c bE(tc tb )2485.03 136.04 17.8 1066 80000 (10 ( 5)bcE( c / cb / b)3280000 ( 0. 429 10 3)2

11、32(0.403 10 3)2 =虚数c aE(tc ta )临界档距列表如下表 5 2气象条件最低气温覆冰有风年平均温临界档距lab =265.97lbc = 虚数-lac = 虚数因此，档距在 0265.97m 时控制气象条件是最低温，在 265.97m时控制条件是年均气5、地线 GJ-35 相关参数列于下表：表 5 1截面积 A(mm2)地线直径d(mm)弹性系 数E (MPa)温度膨胀 系数 (1/C)计算拉断力(N)计算质量(Kg/km)抗拉强度 p Mpa安全系数K许用应力 0 Mpa年均应力上限 cp MPa37.157.818142011.510-643424295.01168

12、.93.0389.63233.86、 地线比载计算： 地线的比载计算同导线比载计算，计算值列于下表：表 6 单位： 10 3 Mpa /m7、绝缘子串及金具选取： 表 7 1导线绝缘子和金具1(0,0)2(5,0)3(5,0)45(5,10)67(5,10)外过电压内过电压设计强度计算风偏外过电压内过电压设计强度计算风偏77.847.7125.614.424.376.655.035.979.181.5109.295.3130.672684035598432357993915578件号名称质量 (kg)数量型号绝缘子组装图1挂板0.561Z-72球头挂环0.271QP-73绝缘子5.07X-4.

13、54碗头挂板0.821W-7A5悬垂线夹2.01CGU-36铝包带0.033110绝缘子串长度 1304mm绝缘子串重量38.68kg适用导线LGJ-150/352）地线绝缘子串及金具选择：表 7 2件号名称质量 (kg)数量型号 （长度 mm）金具图形1挂板0.561Z-7(60)2球头挂环0.271QP-7(50)3绝缘子3.31XDP 1-7(182)4悬垂线夹5.71CGU-2(70)绝缘子串长度362mm绝缘子串重量9.83kg适用避雷线GJ-358、地质条件： 表8土的状态s(kN/m3)()()m(kN/m3)粘性土软塑162030489、杆塔结构及材料材 料：普通直立钢筋混凝土

14、门型电杆（带叉梁）电压等级： 110kv电杆锥度： 1/75根部埋深： 3m顶 径： 270mm二、 电杆外形尺寸的确定1、杆塔呼称高度：（参考书）公式（ 3 1 ） Hf max hx h 施工裕度 h 的确定 ：根据设计任务书提供的水平档距 Lh 240m ，查表（ 37）为了更加安全取 h 0.7m hx 为导线到地面及被跨越物的安全距离 ：假定此杆塔安装处取居民区，根据（参考书）hx 7.0m1.304m 。 绝缘子串的长度 ： 根据所选择的绝缘子型号及金具确定为 f m ax的确定 :根据任务书给的档距，控制气象条件为年均气温。采用状态方程式，用计算机软件算出 最高温条件和最后覆冰条

15、件下的弧垂，经过比较，最大弧垂发生在最高气温条件下。经计算， 得到最高温气象条件 L=260m 下最大弧垂 f max =4.589m 。则杆塔的呼称高度 H=1.304+4.589+7+0.7=13.595m2、导线水平线间距离确定：UD m 0.4110根据参考书目一公式 3 30.65 fmax 0.4 1.304 1 0.65 4.589 2.914 m3、间隙圆校验：（ 1）规程规定最小间隙： 工频电压时为 0.25m，操作过电压时为 0.7m，雷电过电压时为 1.0m ， 考虑带电作业时需增加 0.5m 。（ 2）绝缘子串基本风压：1）正常运行最大风时：25 0.391 KN /m

16、216002）内过电压时：15216000.141 KN /m23）外过电压时：10216000.063 KN /m2PJ n1 n2Pj正1710.950.3910.0389.15NPj操1710.950.1410.0332.15NPj雷1710.950.0630.0314.36N0.03m2z0.95, Aj3）绝缘子串所受风压：0 Ajn1 1,n2 7,绝缘子串的位置高度 为13m ,查参 考书目一表25,得出 风压变 化系 数4）导线风荷载计算工频电压最大风时：Pd正内过电压时： Pd操 外过电压时： Pd雷 5）导线自重比载计算11.1796.624325.256 10 310 3

17、10 3181.62181.62181.62 240 1100.88N240 487.28N240 288.73NG D正36. 51210 3181.62360 2387.27N6）绝缘子串风偏角，即tan 1PdPj / 2 计算，即GdG j / 223.9711.056.551 1100.88 89.15/ 2 tan2387.27 379.32 / 21 487.28 32.15/2 tan2387.27 379.32 / 21 288.73 14.36 / 2 tan2387.27 379.32 / 27）杆塔横担长度的确定：参考书目一）公式 3 12Dh 2(R 1 sinb)其

18、中 R 为最小空气间隙， 1 为绝缘子串长， 为风偏角， b 为杆塔上脚钉外露部分加杆径半的长度。根据规程， R取 1.00m， 1 =1.304m ， 取最大风偏值 23.97o， b 偏于安全考虑， 取 0.3m。计算得到 ： D h =2( 1.00+1.304 sin 23.97 +0.3 )=3.660m由于三相导线呈水平排列：则横担长度：D=2 Dh=23.660=7.320m考虑到杆塔半径影响，取横担长度为 8.00m（ 8）根据 CAD作图进行间隙圆校验，起控制作用的是带电作业情况，导线与杆塔间隙满 足带电作业要求。4、地线支架高度的确定担结构，取 b=2.0m（参考书一公式

19、3-8 ）Tan tan 23 .97 b a 2000 300 , 可以求出 H 2 3823.65m mH 2 H 2 2 （2）计算地线支架高度：（参考书目一公式 3-7） H1=H2- 1+2=3823.65-1304+362=2881.65mm 取整后，地线支架高度取 3.0m，此时防雷保护角减小，有利于防雷。 （3）地线之间水平距离校验：（参考书目一公式 3-9） D=4000+2300=4600mm53823.65=19118.25mm，符合要求。5、杆塔总高度确定：杆塔总高 H 总 H+H1+H2=13.595+3.0+3.0=19.595m根据杆塔的分段，可取杆塔总高度为21

20、.0m（加入地下埋深） ，分段为 9m+6m+6m。三、杆塔荷载计算（ 一 ） 、杆塔标准荷载1、运行情况：最大设计风速，无冰、未断线。（ 1）地线重力为：GB= 1BABLv GjB 77.872 10 3 37.15 360 9.83 9.80665 1137.86N（ 2）地线风压：PB4B（25）ABLP 76.684 10 3 37.15 240 683.71N（ 3）导线重力 :GD1D AD LV GJD 36.512 10 3 181.62 360 38.68 9.80665 2766.59N（ 4）绝缘子串风压：PJD n（1 n2 1） z AJW =1 7 1 0.95

21、0.391 0.03 89.15N（ 5）导线风压：PD4D（25）ADLP PJD 35.192 10 3 181.62 240 89.15 1623.13N2、运行情况：覆冰、相应风速，未断线。 级气象区，从规程中查得： V=10m/s,t=-5 ,b=5mm。（ 1） 设计冰厚为 5mm , 覆冰系数取 K=1.075, 则地线重力为 GB （ 1BABLV GJB） 2BABLV （K 1）G JB 33（77.872 10 37.15 360 96.40） 47.768 10 37.15 360 （1.075 1） 96.40 1137.86 690.4（ N ）（ 2）地线风压为3

22、PB5BABLP 35.935 10 37.15 240 320.40（ N）（ 3）导线重力为GD （ 1DADLV GJD） 2DADLV （K 1）G JD 33（36.512 10 181.62 360 379.32） 17.175 10 181.62 360 （1.075 1） 379.32 2766.60 1151.41 3918.00（N ）4）绝缘子串风荷载为PJD n1(n2 1) Z AJW05)导线风压为1 (1 7) 0.95 0.031021.614.36( N)3、断导线情况、：断一根导线荷载组合情况为无冰无风。（ 1）地线重力：GB1137.86N（2）导线重力：

23、未断导线相：GD2766.59N断导线相为：GD1D AD LVGJD2766.59 379.32 1762.62N2 JD2（3）断线张力：LGJ-150/35 型导线计算拉断力为 Tp=65020NPD5D AD LP PJD11.356 10 3 181.62 240 14.36 509.35(N )导线最大使用张力为TPTDmaxKC650202.526008(N )导线最大使用张力百分比为 35%，则TD TDmax X% 26008 35% 9102.8N 地线支持力： Tmax = 4400N ， Tmin =4300N. 4、断地线情况：荷载组合情况为无冰、无风、导线未断。1）

24、导线重力：GD2766.59N2）地线重力：GBGB 96.401137.86 96.4 665.33N223）断线张力：GJ-35 最小破断拉力Tp=43424N地线最大使用张力为TDmaxTPKC434242.716082.96(N)地线最大使用张力百分比值为 20%，则TD TDmaxX% 16082.96 20% 3216.59 N5、安装情况：荷载组合情况为有相应风速、无冰。规程中查得： V=10m/s ， t=-5 ， b=0（ 1）地线重力：GB1137.86地线风压为：PB4B( 25) ABLP 14.435 10 3 37.15 240 128.70N2）导线重力：GD27

25、66.59N导线风压：PD4D(10) AD LP 6.624 10 3 181.62 240 288.73N二）杆塔设计荷载1、运行情况：最大设计风速，无冰、未断线。1）地线重力为： G B 1.2 1137.86 1365.43N2）地线风压为： PB 1.4 683.71 957.19N3）导线重力 :GD 1.2 2766.59 3319.91N4）导线风压：PD 1.4 1623.13 2272.38N2、运行情况：覆冰、相应风速，未断线。级气象区，从规程中查得： V=10m/s,t=-5 ,b=5mm。1) 设计冰厚为 5mm , 覆冰系数取 K=1.075, 则地线重力为GB 1

26、.2 1137.86 1.4 690.4 2331.99( N)2）地线风压为320.40448.56( N)PB 1.43）导线重力为GD 1.2 2766.60 1.4 1151.41 3319.92 1611.97 4931.89（N ） （ 4）导线风压为PD 1.2 509.35 611.22（N）3、断导线情况、：断一根导线荷载组合情况为无冰无风。（ 1）地线重力： GB 1.2 1137.86 1365.43N （2）导线重力：未断导线相： GD 1.2 2766.59 3319.91N 断导线相为： GD 1.2 1762.62 2115.14N（3）断线张力： TD 1.4

27、9102.8 12743.92 N地线支持力： Tmax = 1.44400=6160N ， Tmin =1.44300=6020N.4、断地线情况：荷载组合情况为无冰、无风、导线未断。（ 1）导线重力： GD 1.2 2766.59 3319.91N（ 2）地线重力： GB 1.2 665.33 798.40N（ 3）断线张力（地线不平衡张力） ： TD 1.4 3216.59 4503.23N5、安装情况：荷载组合情况为有相应风速、无冰。 规程中查得： V=10m/s ， t=-5 ， b=0（ 1）地线重力： GB 1.2 1137.86 1365.43N地线风压为： PB 1.4 12

28、8.70 180.18N2）导线重力： G D 1.2 2766.59 3319.91N导线风压： PD 1.4 288.73 404.22N四、电杆杆柱的配筋计算及强度验算1、配筋计算：初步选用配筋为 12 14 ，C30混泥土 fcm 16.5N / mm2,二级钢筋f y 310N /mm2断面外半径：r2 275 mm , r1 225 mm , 混泥土的面积 A 3.14 钢筋的面积：Ag 923 2 1846mm2, 根据参考书三公式 6 6M (fcmAr2 2r1 2fyAgrg)sinfy Ag310 1846a fcmA 2 fyAg 16.5 78500 2 310 18

29、4622( 275 2 225 2 ) 78500 mm9,按受弯构件计算：0.234 0.3275 225 275 225 sin(180 0.234)M (16.5 78500 2 310 1846 ) 2 2 3.14 130280.14 N m2)设计处的剪切力 V：V Q TD ,其中 Q1.4m,0.75, TD为断线张力V 1.4 0.75 12743 13380 NV1.2tD133801.2 50 5500.405 0.7 f t0.7 1.81.26 N m剪力由混泥土承受，环形截面的螺旋筋仅按配置构造。2、正常情况下的弯矩计算：WC设杆身厚度为 50mm，则根据图示尺寸计

30、算：3.1432 41.7(41.743.1432 52.3(52.3431.74 ) 4739.02cm242.34 ) 8030.59cm2零点弯矩位置：8.04739.024739.02 8030.592.97m弯矩为零处杆径为：D1D 0 h1 0.270 7515.03750.47m2、主杆弯矩计算：（ 1）杆身风压计算高度变化系数取z 1，构件体形系数,s 0.6，杆塔风荷载调整系数 z 1.0 。A 点单位长度杆身风压为0.27 0.312521 0.6 167.96N /m21.6B 点单位长度杆身风压为D0 D2 V 2PBz s z AfW0zsz2 1.6PAz s zA

31、fW0z s zD0 D1 V 22 1.60.351 0.6 1 0.27252 72.66N / m1.6C点单位长度杆身风压为PCz s zAfW0zs2D0 D3 V 2 z1 0.6 1 0.270.417225280 .51N /m1.61.6O 点单位长度杆身风压为POz s zAfW0zD0 D4 V 2 z1.61 0.6 10.27 0.4722521.686.72N /m2) 各段风压合力作用点高度：hA3 2 0.27 0.313 0.27 0.311.466m6 2 0.27 0.353 0.27 0.352.871m15.03 h032 0.27 0.470.270

32、.473)各段弯矩计算：hB弯矩为零处时MA957.19 367.96 3 1.466 1365.43 0.3 3580.09N/mMB0.55 (2 957.19 63 2272.38 3 2 72.66 6 2.871)18942.54N/ mMC0.55 (2 957.193 2272.38 2 80.51 6.838) 1.1 2.97 17667.66N/ m0.55 (2 957.19 32272.38 2 86.72 6.838) 1.1 (8 2.97)30180.45N/m3、事故情况下弯矩计算： 事故断边导线荷载已列于荷载设计值图中。荷载系数为0.75，地线支持力 Tmax

33、 = 1.44400=6160N ， Tmin =1.4 4300=6020N.则杆根弯矩为：M O 0.75 (1.2 12743.92 16 6020 19) 97727.45N/m横担处主杆弯矩：6020 3 0.75 13545N/mMA正常大风时弯矩图4、裂缝计算： (1)已知参数： r1 275mm, r2 采用光面配筋 vEsEcAc20029.5A0Wd(r12ftk2)事故时弯矩图225mm, rs 250mm, E s 200N16.8( E 1) As 78500 ( 6.8A0 2 2) 0 (2752 2252 )4rs2r21) 184689169mm2,Ec 29.5N / mm2 ,取螺距 S 200mm289169mm2311257618.35mm34 2502 0.4 r2r12 0.4 225 1.672752 mm2.0KN /计算开裂弯矩M crf tkWd 1.67 2.0 11257618.35 37.6KN m(3)计算裂缝宽度最大风荷载时： M S 30.18KN m，比 M cr 小，故不会开裂。5、单吊点起吊受力计算：取横担和绝缘子串总重为 4000N ，将锥形电杆自重按等径电杆均布荷载， 取电杆比重为 1.5KN/m 计算，电杆