输电杆塔课程设计

1、摘要架设输电导线的刚性支撑结构。为避免电晕放电以及感应静电场对人的危险，高压和超高压输电线路所用杆塔必须有足够的高度，杆塔上架设的各根输电线之间还须隔开相当的距离。随着经济水平的不断发展，电力工业越来越发达，输电杆塔的重要性也就凸显出来，好的电杆设计不仅要满足输电供电的安全要求，还要满足环保设计，经济设计等各项指标。关键词：输电 杆塔目录摘要1 设计条件及相关参数12 导线与地线的相关参数22-1导线比载计算22-2地线比载计算32-3导线最大弧垂的计算43 电杆外形尺寸确定53-1电杆总高计算53-2横担长度计算63-3电杆外形尺寸校验64 电杆荷载计算84-1各气象条件荷载计算84-2杆塔

2、风压计算115电杆杆柱的强度验算和配筋计算125-1正常情况下电杆弯矩计算125-2断导线情况135-3电杆强度和配筋计算156基础计算156-1抗倾覆稳定计算156-2拉线稳定及强度计算166-3底盘计算17参考文献181：设计条件与相关参数 1)气象条件表一：级典型气象区气象条件大气温度（）风速（m/S）冰厚mm最高温最低温覆冰安装最大风年均温最大风覆冰安装冰厚40-5+100+2035101002) 电杆荷载组合情况 表二：110自立式单杆电杆荷载组合情况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l 导、地线、绝缘子串、金具重力荷l 电杆自重荷载l 安装时工人、工具重力荷载l

3、导、地线、绝缘子串和金具风压l 电杆本身风载l 转角电杆上导线及地线角度力l 导、地线不平衡张力l 断线时对电杆产生的支持力l 导线安装时的紧线张力3)表三：导线LGJ-150/25 相关参数导线型号计算截面积（）外径（mm）计算拉断力(N)单位长度质量(kg/km)LGJ-150/25173.1117.15411601.04)表四：地线GJ-35相关参数型号计算截面积（）计算直径（mm极限强度()最大拉断力(N)最小拉断力(N)重量(kg/km)GJ-3537.27.811761372470046003005)表五：绝缘子相关参数型号主要尺寸（mm）工频电压KV r.m.S不小于雷电全波冲击

4、电压KV peak不小于抗张机械负荷（KN）重量（kg）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-4.5146254285168045401101201003645605.06)表六：线路金具选配表7) 电杆结构及材料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 16km/m3 ;抗剪角 35 ;被动土压系数 48km/m3 .2导线与地线的相关计算2-1导线比载计算（单位：MPa/m）1 自重比载 1(0,0)=qg/A10-3=6019.80665/173.1110-3=34.0510-32 冰重

5、比载 无3 垂直总比载 3(0,0)= 1(0,0)=34.0510-34 无冰风压比载4(0,35)= wc/A10 4(0,35)= wc/A10 =1.00.751.117.1352/(1.6173.11)10-3=62.3910-34(0,10)= wc/A10=1.01.01.117.1102/(1.6173.11)10-3=6.7910-35 覆冰风压比载 无6 无冰综合比载6(0,35)= 1(0,0)2+4(0,35)21/2=71.0810-36(0,10)= 1(0,0)2+4(0,10)21/2=34.7210-3 7 覆冰综合比载 无 2-2地线比载计算 地线比载计算同

6、导线，比载见下表。表六：导线和地线荷载计算参数名称导线LGJ-150/25地线GJ-35截面面积（mm2）Ad=173.11Ad=37.2外径（mm）D=17.1D=7.8比载（N/m.mm2）1d(0,0)=34.0510-33d(0,0)=34.0510-34d(0,35)=62.3910-34d(0,10)=6.7910-36d(0,35)=71.0810-36d(0,10)=34.7210-31b(0,0)=79.0910-33b(0,0)=79.0910-34b(0,35)=144.4810-34b(0,10)=15.7310-36b(0,35)=164.7110-36b(0,10)

7、=80.6410-32-3导线最大弧垂的计算可能控制气象条件有最低气温、最大风速、最厚覆冰及年均气温，其中年均温气象条件下取安全系数K=4.0，其它条件取K=2.51 计算得比载、许用应力及两者比值见下表气象条件最低气温最大风速最厚覆冰年均气温34.0510-362.3910-3_34.0510-3118.78118.78_74.240.28710-30.52510-3_0.45910-3排序ac_b2 计算临界档距（无高差，） 有效临界档距判别表气象条件abc临界档距（m）Lab=109.28Lac=虚数Lbc=217.37临界档距有: Lab=109.28m,Lac=217.37m; 当0

8、 L109.28m时，最低气温为控制气象条件； 当109.28L217.37m时，最大风速为控制气象条件。因计算原理过程相同，下面计算均以档距L75.95m为例，取计算单据为L=200m。3 最大弧垂气象条件的判断及计算最大弧垂可能出现气象条件是最高气温和最厚覆冰， 但由于区没有覆冰，因此最大弧垂出现在最高气温气象条件下3电杆外形尺寸确定3-1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

9、、导线到地面及被跨越物安全距离及施工裕量组成，即110KV电杆采用7片-4.5绝缘子【27】=1.1066m，导线弧垂为3.32m, 电杆按居民区设计偏安全，设计导线到地面垂直距离为7.0m,100m档距施工裕度为0.5m。 因此，电杆设计呼高H=11.842m,选取呼高为13.5m。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DM=0.4+U/110+0.65fma1/2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 计算得 Dm=2.593m, Dv=1.945m 设计导线间水平距离为5m，设

10、计导线间垂直距离为4m。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0.3m,避雷线支架高度为h，则地线对下横担左侧导线防雷保护为控制条件，由防雷条件知 求的 h=1.55m, 选取避雷线支架高度为3.0m。 综上，电杆设计总高H=0.5+3.0+4.0+13.5+3=24.0m，其中杆段为270390mm,390510mm,510590mm各一段。3-2. 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1.0m,上横担长度为1.5m。电杆草图如下图3-1 电杆外形尺寸2-3电杆外形尺寸校验1) 上下导线

11、垂直线间距的校验。由表3-10得最小垂直线间距为3.5m, 小于实际线间距4.0m，合格。2) 上下导线水平偏移校验。由表3-11得规程规定水平偏移距离为0.5m,小于实际上下导线水平偏移距离1.0 m,合格。3) 间隙圆校核。级气象区三种气象条件风速：正常运行情况v=25m/S,操作过电压v=15m/S,雷电过电压v=10m/S。1 三种气象条件下绝缘子串风荷载为 PJ=n1(n2+1)ZW0AJ因n1=1,n2=7,Z=1.1,AJ=0.03m2则PZ=1(1+7)1.13520.03/1600=0.202(kN/m2)PC=1(1+7)1.12020.03/1600=0.066(kN/m

12、2)PL=1(1+7)1.11520.03/1600=0.0371(kN/m2)2 三种气象条件下导线风荷载为P=fcScw0dLhSin2f=0.75(校验v=15m/S), f=0.61(校验v=20m/S), f=0.61(校验v=35m/S) c=1.0，Sc=1.1(d17mm),d=17.1,Lh=245m, =90。则pZ=0.611.01.135225417.110-3/1600=2.152kNpc=0.611.01.120225417.110-3/1600=0.703kNpL=0.751.01.115225417.110-3/1600=0.486kN3 导线重力荷载1=34.

13、0510-3MPa/mGD=n1ALV=134.0510-3173.11370=2.18(kN)4 三种气象条件下绝缘子串风偏角为=arctan(PD+PJ/2)/(GD+PJ/2)Z=arctan(2.152+0.202/2)/(2.18+0.202/2)=44.65。C=arctan(0.703+0.066/2)/(2.18+0.066/2)=18.40。L=arctan(0.486+0.037/2)/(2.18+0.037/2)=12.93。5 规程给出的最小空气间隙为：RZ=0.25,RC=0.70,RL=1.00.根据=1.022m和、R值，用一定比例制作间隙圆校验图（如下），三种气

14、象条件下间隙校验合格。 图3-2 电杆间隙圆计算（合格）4. 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：V=35m/S,t=+10。,b=0 1) 地线重力为GB=1BABLV+GTB=79.0910-337.2370+90=1179(N)2) 地线风压为PB=4B(35)ABLP=144.4810-337.2370=1989(N)3) 导线重力为GD=1DADLV+GTB=34.0510-3173.11370+520=2701(N)4) 绝缘子串风荷载：绝缘子串数n1=1，每串绝缘子片数n2=7，单裙一片绝缘子挡风面积AJ=

15、0.03m2，绝缘子串高度为13.5m,查表得风压高度变化系数Z=1.0，则 PJD=n1(n2+1)ZAJW0=1(1+7)1.00.03252/1.6=94(N)5) 导线风压为 PD4D(35)ADLP+PJD=62.3910-3173.11370+94=4090(N)下图（a）为运行情况一塔头荷载图1. 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。(不存在)2. 断导线情况1、2：断一根导线的荷载组合为无风、无冰。1) 地线重力： GB=1179(N)2) 导线重力未断导线相： GD=2701(N)断导线相为 GD=1DADLV/2+GJD=2701/2+520=1

16、871(N)3) 断线张力。LGJ-150/25型导线的计算拉断力TJ=54110N)导线最大使用张力为 TDma=Tj/KC=54110/2.5=21644(N)导线最大使用张力百分比值为35%，则TD=TDma%=2164435%=7575(N)地线支持力：Tma=4700(N), Tmin=4600(N)下图（b）、（c）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。1）导线重力：GD=2701(N) 2）地线重力： GB=GB/2+GJB=1179/2=90=680(N)3) 地线断线张力。GJ-35最小破坏拉力Tj=47000(N)地线最大使用张力

17、为 TDma=Tj/KC=4700/2.7=17407(N)地线最大使用张力百分比值为20%，则TD=TDma%=1740720%=3841(N)下图（d）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。 V=10m/S,t=0，b=01) 地线重力： GB=1179(N)2) 地线风压为PB=4B(10)ABLP=15.7310-337.2245=143N)3） 导线重力： GD=2701(N)4） 导线风压为PD=4D(10)ADLP=6.7910-3173.11245=288(N)挂上导线时，导线越过下横担须向外拉开，其拉力T2与水平线的夹角为20，并假定上、

18、下横担间导线水平拉出1.3m。=0,则 1.3/(1.32+3.52)1/2T1=T2coS20得 T1=2.7T2y=0,则 1.3/(1.32+3.52)1/2T1=GD+T2Sin20得 T1=3.74(2701+0.342T2)/315=2886+0.365T2T1=3313(N) T2=1227(N)T1引起的垂直荷载GT1和横向水平荷载PT1为GT1=33133.5/3.74=3100(N)PT1=12271.3/3.74=426(N)G=K(GD+GT1)+GF+1000=1.1(2701+3100)+1500+1000=8881(N)P=KPT1+PD=1.1426+288=7

19、57(N)下图（d）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。G=KGD+GF+1000=1.12701+1500+1000=5471(N)下图（ e）为起吊下导线时的荷载图。图3-3各种气象条件杆塔荷载图4-2杆身风压计算。根据已知条件：风压高度变化系数取Z=1.0，构件体形系数取S=0.7，电杆风荷载调整系数取Z=1.0。1) 正常情况大风时上横担处单位长度杆身风压为D1=D0+h1/75=0.27+3/75=0.31(m)P01=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.31)352/(21.

20、6)=155.42(N/m)下横担处单位长度杆身风压为D2=D0+h2/75=0.27+7/75=0.363(m)P02=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.363)352/(21.6)=169.62(N/m)电杆接头处处单位长度杆身风压为D3=D0+h3/75=0.27+13.5/75=0.45(m)P03=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.45)352/(21.6)=192.94(N/m)地面处单位长度杆身风压为D4=D0+h4/75=0.27+20.5/75=0.543(m)P04=ZSZA

21、fW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.543)352/(21.6)=217.86(N/m)2）安装情况。上横担处单位长度杆身风压为P01=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.31)102/(21.6)=12.96(N/m)下横担处单位长度杆身风压为P02=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.363)102/(21.6)=13.85 (N/m)电杆接头处处单位长度杆身风压为P03=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.

22、45)102/(21.6)=15.75 (N/m)地面处单位长度杆身风压为P04=ZSZAfW0=ZSZ(D0+D1) V2/(21.6)=10.71(0.27+0.543)102/(21.6)=17.12 (N/m)5. 电杆杆柱的强度验算及配筋计算5-1正常情况下电杆弯矩计算1) 运行情况1（大风）电杆荷载如图, 截面0，1，2，3，4，5，6处的弯矩为M0=(GB0.3)=11790.3=353.7(N/m)M1=1.15(GB0.3+GD1.5)+(PB3.0+P010.53.02)=1.15(11790.3+27011.5)+(19893.0+155.420.53.02)=12732

23、(N/m)M2=1.15(GB0.3+GD1.5)+(PB7.0+PD4.0+P020.57.02)= 1.15(11790.3+27011.5+19897.0+169.620.57.02=25856(N/m)M3=1.15(GB0.5+GD1.5)+(PB13.75+PD(10.75+26.75)P030.513.752)=1.15(11790.3+27011.5)+(198913.75+(4090(10.75+26.75)+192.940.513.752)=(N/m)M4=1.15(GB0.3+GD1.5)(PB20.5+PD(17.5+213.5)+P040.520.52)=1.15(1

24、1790.3+27011.5)+(198920.5+4090(17.5+213.5)+217.860.520.52)=(N/m)M5=1.15(GB0.3+GD1.5)+(PB21.5+PD(18.5+214.5)+P0421.5(21.5/2+1)=1.15(11790.3+27011.5)+(198921.5+4090(18.5+214.5)+217.8621.5(21.5/2+1)=(N/m)图5-1运行情况1的弯矩图。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。5-2断导线情况1) 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，

25、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 TD=1.47575=10605(N)地线最大支持力为 Tma=1.44700=6580(N)最小支持力为 Tmin=1.44600=6440(N)地线不平衡力为 TB=1.43481=4873.4(N)横担转动后断线张力为 TD=0.8TD=0.89139.2=7311.4(N)上横担处弯矩为 M1=-hBTma=-0.753.06580=14805(N/m)嵌固点处的弯矩为 M5=1.15KCTD18.5-Tmin21.5+(GD+GF)1.5 =1.15(1.17311.418.5-64402

26、1.5+30501.5)0.75=(N/m)图5-2断上导线时的弯矩图2） 地线不平衡张力引起的弯矩只计算电杆嵌固点的弯矩M5=1.15（TB22.5）=1.15(4873.422.5)0.75=94574(N)图5-3地线不平衡张力电杆弯矩图5-3.杆柱弯扭验算转动横担启动力取2500N，横担长度为2.5m,上导线断线，横担转动时主杆同时承受弯矩、剪力和扭矩的作用，剪力V=2500N，扭矩。电杆外径D=370mm,内径d=270mm,C30级混泥土，则全部拉应力可由混泥土承担，螺旋钢筋可仅按构造配置。6、电杆基础计算已知土壤为粘性土软塑，其容重为s=15（kN/m）,计算内摩擦角=15，土壤

27、参数m=26（Kn/m），大风情况下，水平荷载合力S0=14.3kN,其合力作用点高度H0=13.5m,电杆埋深h0=3.5m,电杆腿部外径D=0.5m6-1抗倾覆稳定验算1）基础的计算宽度bJ为 h0/b0=3.5/0.3=11.7K0=1+2/3(tancos(45+/2)h0/b0=1+2/3(0.38tan15cos(45+150/2)11.7=1.48Bj=k0b0=0.51.48=0.741) 计算。由于=H0/h0=4,查表得=12.1，则MJ=mbjho3/=260.743.52/12.1=68.17(KN.m)2） 抗倾覆稳定计算。查表得基础附加系数f=1.1,则 fH0S0=1.113.514.3=212.36(kN.m)MJ需要加卡盘（2）加上卡盘后的抗倾覆稳定计算 1）设卡盘位置y1=h0/3=3.5/3=1.17(m),并选择卡盘截面为bh=0.30.22)求。由于F=fs0(1+3)/mbJh02=1.114.3(1+34)/(260.743.52)=0.868只加上卡盘不能满足要求（3） 加上下卡盘的倾覆稳定计