钢筋混凝土输电杆塔电杆 72

输电杆杆塔及及基础础设计计主讲：：陈祥祥和第五章章钢钢筋混混凝土土电杆杆图1第一节节环环形形截面面混凝凝土电电杆的的构造造要求求一、电电杆组组成不同的的电杆杆由下下列不不同构构件组组成,如图：：主杆用来支支撑导导线和和地线线，使使其具具有对对地面面和建筑筑物一一定的的安全全高度度；导线横横担用来悬悬挂导导线并并使导导线间间保持持一定定的安全距距离，，把导导线的的荷载载传递递给主主杆和和拉线线；地线横横担(也称地地线支支架)用来悬悬挂地地线并并将地地线的荷荷载传传递给给主杆杆和拉拉线；；吊杆避免横横担在在垂直直荷载载作用用下而而产生生弯矩矩底盘是电杆杆基础础的一一部分分，保保证主主杆在在轴向向力作用用下不不下沉沉；拉线盘盘拉线的的锚固固基础础；叉梁连接两两主杆杆，削削弱主主杆的的最大大弯矩矩，并并使主杆杆的弯弯矩沿沿主杆杆较均均匀地地分布布。拉线保证主主杆的的横向向稳定定，并并使主主杆不不受过过大的弯弯矩；；二、构构造要要求见表三、电电杆的的保管管与运运输见表二、电电杆杆杆型环形截截面钢钢筋混混凝土土电杆杆，因因具有有耐久久性好好、运行维维护方方便、、节约约钢材材等优优点，，在220kV及以下下的输电电线路路中应应用极极为广广泛，，部分分在500kV的线路路中也得得到使使用。。（一））电杆杆的分分类1、按截截面不不同分分：等径电电杆、、锥形形、矩矩形电电杆2、按受受力不不同可可分：：直线型型电杆杆和耐耐张型型电杆杆3、按主主杆的的布置置型式式分：：分为单单杆电电杆、、A字型及及门型型电杆杆、带带叉梁梁门型型电杆杆、撇撇腿门门型电电杆等等4、按组组立方方式可可为分分：自立电电杆和和拉线线电杆杆。（二））常用用电杆杆杆型型1．直线线型电电杆（1）35～110kV直线电电杆特点：：a、一般采采用单单杆直直线电电杆。。主杆杆顶径径为150～190，杆高高15～18m，埋深深2.5～3.0m。b、杆头型型式为为鸟骨骨型、、斜三三角型型和上上字型型三种种型式，，三种种型式式的导导线布布置均均为三三角形形布置置(图5-2)。C、横担担型式式多为为转动动横担担或压压屈横横担优点：：结构简简单，，耗钢钢量少少（比比门型型电杆杆少20％），，并且且占地地面积积很少少，便便于施施工，，导线线可采用三三角型型布置置，电电气性性能较较好。。缺点:主杆埋埋深较较大（（3m左右）），如果导导线截面和和档距距较大大时，，也常常采用用带拉拉线单单杆直直线电杆和和双杆杆直线线电杆杆，但但拉线线电杆杆占地地面积积大，，影响耕耕作。。（2）220～330kV直线电电杆特点:a、大多采采用双双杆带带叉梁梁门型型电杆杆、带带叉梁梁V型拉线门门型电电杆和和V型拉线线撇腿腿门型型电杆杆(图5－3)，也有有荷载载较小时时采用用拉线线单杆杆电杆杆。b、杆柱型型式采采用有有锥型型和等等径两两种型型式C、带叉叉梁可可调整整杆柱柱上下下段弯弯矩，，从而而使其其配筋合理理，同同时增增强了了横向向稳定定性和和整体体刚度度。V型拉线撇撇腿门门型电电杆，，杆柱柱撇腿腿的作作用是是提高高横向向稳定性性，而而V型拉线线的作作用是是抵抗抗顺线线路方方向张张力和和提高高纵向向刚度度和稳稳定性性。优点:横向稳稳定性性好，，承载载能力力大，，防雷雷性能能较好好，适适用于于大档档距、、粗导导线、、重冰冰区及及多雷雷区。。缺点：：路径走走廊较较宽，，不省省材。。2．耐张张型电电杆采用加加V型拉线线、八八字型型拉线线、X型拉线线等来来平衡断断线张张力(图5－3)。3、转角角电杆杆采用转转角拉拉线来来平衡衡转角角电杆杆的角角度荷荷载（（如图5－6）第二节节单单杆杆直线线电杆杆的计计算特点：：1、采用用锥形形杆（（1/75）2、结构构简单单、耗耗钢量量少、、占地地面积积少、、便于于施工、、运输输维护护方便便等优优点，，一般般用于于LGJ-150以下导线线，覆覆冰厚厚度不不大于于10mm的丘陵陵地带带。3、单杆杆直线线电杆杆因埋埋埋地地较深深入土土中较较深，，可视为一一端嵌嵌固的的悬臂梁梁，其嵌固点点一般假假定在在地面面以下三分之之一埋埋深处处。图2一、正正常运运行情情况下下杆柱柱的内内力计计算计算公公式：：式中∑Ga－垂直直荷载载引起起的弯弯矩；；∑Ph－横向向水平平荷载载引起起的弯弯矩；；PxhxZ－杆塔塔身风风载引引起的的弯矩矩，Z为力作用用点高高度；；1.15－考虑虑垂直荷荷载产产生的的附加加弯矩矩。对主杆杆的弯弯矩一一般应应计算算上横横担A点、下下横担担B点、嵌嵌固点点D和主杆分分段处以以及杆内内抽筋处处的弯矩，相应应截面的的剪力用用以计算算箍筋或或螺旋筋筋。例5－1如图，正正常运行行情况Ⅰ，PB=1100N,PD=2400N，GB=1500N,GD=3560N,杆身风载载p=94N/m。最大弯矩矩发生在在何处?并求之(荷载均设设计值)。解：最最大弯矩矩发生嵌嵌固点，，其设计值值为：MD=1.15[ΣΣGa+ΣPh+phZ]＝1.15[1500××0.25+3560××1.25+1100×16＋2400×13.8＋2×2400××11.3+94××15××(15/2+1)]＝121770N.m=140kN.m图3二、断线线情况下下杆柱的的内力计计算断线情况况荷载组合合为无冰冰无风(新规范为为有冰)。单杆直线线电杆事事故断线线断上导线线起控制制作用，对于有地地线单杆杆直线电电杆在断断导线情情况下必须考虑虑地线支持持力的作作用。但不考虑虑未断线线的支持持作用。。设最大和和最小地地线支持持力为△Tmax、△Tmin。作用在杆杆塔上的的力有：：纵向水平平荷载断断线张力力TD、△Tmax、△Tmin。垂直荷载载GB、GD和断导线线后的垂垂直荷载载GD’GDGDGD’TD(△Tmax、△Tmin)GB内力计算算如下：：1、电杆上上横担处处的弯矩矩aBhBA若为固定定横担（（如图）若为转动动横担a、横担转转动前弯矩扭矩b、横担转转动后（（若不考考虑GB引起的弯弯矩)2、电杆嵌嵌固点处处的弯矩矩式中KC－断导线线时的冲冲击系数数（见表表2－4）,Ψ－可变荷荷载组合合系数（（见表2－11）GF－附加荷荷载（见见表2－.9）图3△Tmax(△Tmin)aBa1GBTDGDGDGDa2a2A上横担M（△Tmax）M(Tmin)①M（TD）∑M（TD、△Tmin）∑M（TD、△Tmax）DMAMD特别注意意：1、计算上上横担附附近的弯弯矩，用用地线最最大支持持力△Tmax,且不乘1.15的系数。。2、计算嵌嵌固点的的弯矩用用地线最最小支持持力Tmin，要乘1.15的系数。。3、断线张张力TD，横担转转动后，，作用在在杆塔上上的断线线张力有有所衰减减，故可可取0.8～0.85TD；例5－2已知某110kV线路断线线情况GB=1260N,GD=2913N，，，断断线张力力TD＝9300N，地线最小支支持力△Tmin＝4658N，最大支支持力△Tmax＝4710N（荷载均设设计值）），地线支架架宽度aB＝250mm,地线支架高高度hB=2500mm，，计算断断线情况上上横担处的的弯矩设计计值。（断断线荷载组组合为无风风，无冰单单回断一相相导线）解：断线情情况荷载组组合系数Ψ＝0.75弯矩设计值值为：MA＝＝8.84kN.m第三节拉线直线电电杆的内力力计算一、拉线的的计算如图图5α－拉线与横横担轴线的的水平夹角角；β—拉线与地面面夹角；h3—拉线点至地地面的距离离β—拉线与地面面夹角；（1）拉线点反反力式中∑MD－所有外力力对地面（（深埋）处处或对地面下1.0m浅埋）的力力矩和；（2）拉线受力力Tα－拉线与横横担轴线的的水平夹角角；（∑MD=Rh3）1.正常情况下下拉线的受受力β拉线αR1.05——考虑拉线自自重、风荷荷载及温度度等因素引起拉线受受力增大的的系数。－拉线的长长度2、断上导线线时拉线的的受力（1）拉线点纵纵向（顺线线路方向））反力Ry，（对转动横横担）（2）拉线点横横向（垂直直线路方向向）反力Rx，b1－电杆正视视图，拉线线在地面上上的投影；；（3）拉线的受力力T1T3T2T4RYRXTD图6α3、选择拉线截截面式中Tmax—正常情况和断断线情况下计计算拉线所受最大的力；；KL—拉线强度设计计安全系数，，一般不应小小于2.0；σp—钢铰线的瞬时时破坏强度N/mm2。二、正常情况况杆柱的弯矩矩计算1、拉线点以上杆杆柱按受弯构件计计算，计算方方法与锥形单杆相相同，但因挠度较小，，可不考虑附加加弯矩(即不乘1.15系数)。2、拉线点以下的的杆柱按压弯构件计计算，由于拉线电电杆埋深一般般较浅（h0=1.0~1.5m）,电杆下端可视视为铰接。沿杆柱任意截面x处的弯矩包括括主弯矩和附加弯矩两部分。主弯矩：由杆头荷载产产生附加弯矩：由由主弯矩、拉线线点以下的杆杆身风荷载对杆柱引起起的挠曲变形形而产生的附加弯矩，三、事故断线线情况下杆柱柱弯矩计算事故断线情况况时在拉线点点以上部分的的杆柱弯矩，，计算方法与锥锥形电杆相同同。在拉线点点以下部分，，在杆头弯矩和拉拉线的垂直分分力的作用下下，杆柱按压压弯构件计算，但但一般压弯弯弯矩对电杆配筋不起控制制作用。例5－3式中第四节门型型直线电杆计计算对于承受荷载载较大的杆塔塔，如220～330KV直线电杆及、35～110KV直线电杆大档档距杆塔，为为了满足强度和刚刚度的要求，，输电线路中中常采用双杆杆，即门型直线电电杆。门型直直线电杆分为为无叉梁门型型电杆（图5-21）和带叉梁门门型直线电杆杆两种。一、无叉梁门型直直线电杆单杆型式：两两杆均采用锥锥形计算方法：与与单柱直线电电杆基本相同同不同之处：（1）是两杆受力力的分配问题题。见表5-3规定分配系数。（2）门型电杆刚刚度较好，可可不考虑1.15的系数（3）横担不设置置成转动横担担1、正常运行情情况杆柱内力力计算式中0.5－门型电杆杆杆柱受力分配配系数，查表表5-3；Z－锥形杆x截面以上杆柱柱风压合力作作用点至x截面处的力臂臂（m）。2、断线情况杆杆柱内力计算算ψ－荷载组合系系数（见表2－11）；式中1.2—门型电杆受力力分配系数（（见表5-3）；KC－冲击系数，，（见表2－4）。二、带叉梁的的门型电杆（（如图）单杆型式：两两杆均采用等等径，为等强强。设计条件：应应尽量使叉梁梁固定点处的的弯矩相等，即（也有采用锥锥形）图71、正常情况下下主杆受力计计算门型电杆加叉叉梁后是一个个超静定结构构，其正常情情况下的内力力分析，按根根部固定程度度可分以下两两种情况计算算：（1）当电杆埋置置较深（h0=2.5m左右）分析：加叉梁梁后弯矩走向向如图：在C、D之间出现0力矩点，将0力矩分开，根根据系统中力力的平衡关系系可知，在零零力矩点有一一组力与∑P平衡。实际∑P就是零力矩点点以上所有水水平荷载及杆杆身风荷载之和当埋深置较深深，根部按固固定，如图7图8下面找0点的位置（即即h4）：由几何关系可可得以下式：：由图：h3=h5－h4解出h4由材料力学可可得以下式：：因弯矩与截面面系数（即抗抗弯模量）w成正比，故：：对于等径杆柱柱，得注意：对于锥形杆，，按两点抗弯弯截面横量分分配即横担以上部分分对A点取矩：B点以上部分对对B点取矩：∑P对C点取矩：∑P对D点取矩：h4－零力矩的高高度，对等径径电杆，h4＝h5/2。∑P—零力矩点以上上所有水平荷荷载及杆身风风荷载之和；式中0.55－杆柱受力分分配系数（见见表5－3）K0—零力矩点的位位置偏离系数数，一般取K0=1.1~1.2。叉梁轴向力为为：式中∑M0—所有水平力对对零力矩点的的力矩和；θ—叉梁与地面夹夹角。（2）当电杆埋置置较浅时（1.5m）：θN电杆叉梁h2N’ΣM0=N’h2如图N’＝N/COSθθ将N’代入原式得：：0.55－杆柱受力分分配系数（见见表5－3）当埋置较较浅浅，根部按较较接，如图10图102、断边导线情况况下的计算断边导线情况况力的方向为为纵向水平荷荷载，与叉梁梁无关，因此计计算与无叉梁梁的门型杆相相同。叉梁轴向力为为：∑MD—所有水平力对对D点的力矩和式中例5－4某带叉梁等径径电杆如图，全长18m，埋深2.6m，外径D＝0.4m，内径d=0.3m，结构尺寸如如图示，地线线风载PB＝1370N，地线线垂直荷载GB＝1650N，导线风载PD＝2850N，导线垂直荷荷载GD＝3700N，杆身风载q＝107N/m,断线张力TD＝11000N，地线支持力力△Tmax=7880N,试求电杆内力力。△Tmin=7350N。解：1、求0力矩高度h42、抗弯截面系系数嵌固位置h0/3=2.6/3=0.9mh5=4.5+0.9=5.4mh4=0.5h5=0.5*5.4=2.7mh3＝2.7m4、正常常情况况主杆杆弯矩矩计算算MA＝2.6PB+q*2.62*0.5+0.3GB=1370*2.6+107*2.6*2.6*0.5+0.3*1650=4419N.mMB=0.55(2PB*4.1+3PD*1.5+2q*4.12*0.5)＝0.55*（2*1370*4.1+3*2850*1.5+2*107*4.1*4.1*0.5）＝14222N.m3、求∑P∑P＝2PB+3PD+2q*13.6＝2*1370+3*2850+2*107*14.6＝14414NMC＝0.55∑∑PK0h3＝0.55*14414*1.1*2.7＝23545N.mMD＝0.55∑∑PK0h4＝0.55*14414*1.1*2.7＝23545N.m5、事故故情况况内力力计算算嵌固点点弯矩矩MD＝ψ（1.2TD*h1－△Tminh2）＝0.75*（1.2*11000*13.7－7350*16.3）＝45776N.m第五节节拉拉线门门型直直线电电杆计计算由杆柱柱受力力分配配表5-3可看出出，断断边导导线时时有地地线的的杆柱柱，A柱是1.2TD，受力力很大大。为为了避避免断断边导导线情情况，，电杆杆嵌固固处弯弯矩较较大，，而引引起电电杆破破坏，，可将将门型直直线电电杆增增设拉拉线，，以承承受断断导线线张力力。一、加加拉线线的作作用：：1、改变变断线线时嵌嵌固点点的弯弯矩2、增强强顺线线路方方向的的稳定定性3、可采采用等等径杆杆拉线门门型直直线电电杆有有三种种形式式，如如图：：1、有V型拉线线带叉叉梁门门型直直线电电杆2、有V型拉线线无叉叉梁门门型直直线电电杆3、有交叉拉拉线无无叉梁梁门型直直线电电杆图9拉线门门型直直线电电杆（a）带V型拉线线有叉叉梁门门型电电杆；；（b）带V型拉线线无叉叉梁门门型电电杆；；（c）带交交叉拉拉线门门型电电杆二、正正常运运行情情况拉拉线计计算1、V型拉线线由于采采用V型拉线线，拉拉线与与横担担夹角角α较大，，一般般大于于70°°，所以以拉线线平衡衡横向向水平平荷载载的能能力很很低，，故电电杆正常情情况下下的计计算一一般不不考虑虑V型拉线线的受受力。。2、x型拉线线因夹角角α较小，，杆塔塔基础础采用用浅埋埋，拉线能能承担担横向向水平平荷载载，正常常运行行计算算与单单柱直直线电电杆相相同。。三、断断线情情况拉拉线计计算1、拉线线点的的反力力RyααV型拉线线x型拉线线abT1T2TDaT1T2RyA柱B柱图10如图，，对B柱取矩矩Ryb=(a+b)TD得2、拉线线受力力第六节节耐耐张型型电杆杆计算算一、耐耐张型型杆塔塔拉线线的的的作用用1、X型拉线线（也称称导线线拉线线，也也叫下层拉拉线）：（1）正常常情况况：能能承受受所有有横向向水平平荷载载（2）断线线情况况：承承受断断导线线张力力2、八字型型拉线线（也称称地线线拉线线，也也叫上上层拉拉线））（1）正常常情况况：受受力很很小（2）断线线情况况：承承受断断导线线张力力，承承受全全部断地线线张力力，因因此它它不受正正常情情况控控制。。在断导导线情情况下下，上上、下下层拉拉线均均受力力，但但主要要仍由由下层层拉线线受力力；在在断地地线情情况下下，主主要由由上层层拉线线受力力，耐耐张型型电杆杆的拉拉线在在计算算事故故断线线情况况下受受力时时，可可不计计增大大系数数1.05（因为为无冰冰无风风）。。二、X型拉线线的耐耐张电电杆1、正常常情况况导线线拉线线受力力计算算分两种种情况况：（1）不平平衡张张力为为零拉线的的初张张力为为T0①计算条条件1（T0在水平平投影影合））βαT0T0T02T0cosαcosβ∑P图11B杆A杆T1T2T3T4②计算条条件2拉线的的初张张力为为T0图12式中∑P——所有横横向水水平荷荷载之之和；；T0—拉线设设计初初张力力，T0=σ0A，A为拉α—拉线与与横担担轴线线的水水平夹夹角；；β—拉线对对地面面垂直直夹角角。线截面面积，，一般般取σ0＝160N/mm2（2）不平衡衡张力不不为零B杆A杆T1T2T3T4RB如图B杆拉线节节点的反反力为（（要考虑虑纵向力力）：TD1TD1TD1TD2TD2TD2α式中α－线路转角角当∑P>2T0cosαcosβB杆拉线：且RB<∑Ptgα(∑P在垂直横担担方向的分分力)时图132、断导线情情况导线拉拉线受力计计算事故断导线线情况下一一般考虑中中相和边相相导线，断断两相导线线情况下拉拉线受力计计算分不带带小转角和和兼有小转转角两种情情况。BATDTDTDTDT3cosβT1cosβT4cosβT2cosβRBRA图14aabbPA=2T0cosαcosβT1cosβT2cosβ(a)(b)TDA取取一般情况下下的实际结结构是a=bRB=0RA=2TD(1)不带小转角角无地线的的耐张电杆杆不带小转角角无地线的的耐张电杆杆的四根拉拉线的初张张力均为T0，断两相导导线后（如如图所示））拉线张力力分别为T1、T2、T3、T4。A、B杆柱拉线点点的反力为为：如图b:①当RA<PAtgα，即2TD<2T0cosαcosβtgα,也就是说T0在顺线路方方向的分力力大于断线线张力，此此②当RA＞PAtgαα，即2TD＞2T0cosαcosβtgα,也就是说T0在顺线路方方向的分力力小于断线线张力，此此时PA和RA的合力由拉拉线T1承担，T2松弛。从以上分析析可以看出出：a、拉线T1受力最大，，拉线按T1设计或验算算。时PA和RA的合力由拉拉线T1和T2共同承担。。b、对带地线线的门型耐耐张电杆，，断导线时时对不考虑虑地线的支支持作用，，故其拉线线的计算和和无地线耐耐张电杆拉拉线计算相相同。（2）兼有小转转角的耐张张电杆兼有小转角角的耐张电电杆与不带带小转角的的不同点是A、B二杆要考虑虑角度荷载载，并各承承担一半。。故式中PA的此时应变变为：α/2TDTDTDTDPJDPJDPJDPJD∑PJDα/2TBTBTBTBPJBPJBPJBPJB∑PJB图15②当R>PAtgα时①当R<PAtgα时式中∑PJ－导线、、地线角度度力，并RA－A杆导线拉线线点纵向反反力，在a=b时，α为线路转角角3、断地线情情况地线拉拉线受力计计算耐张型电杆杆断地线情情况时，地地线拉线受受力为：式中RB－断一根地地线时的杆杆顶反力，，即断线张张力；αB－地线拉线线与横担的的水平夹角角；βB－地拉线对对地面的夹夹角。若考虑由导导线拉线受受力时，其其受力可近近似计算：：式中h1－地线拉线线点至地面面的距离；；h－导线拉线线点至地面面的距离。。三、转角电电杆转角杆塔根根据不同情情况配有三三种拉线1、转角拉线线平衡角度力力和水平风风载⒉反向拉力防止反向风风荷载大于于导线的角角度荷载，从而导导致拉线受受到负的拉拉力而松弛弛，3、分角拉线线为了防止转转角电杆在在正常情况况运行下一一直受导线线、地线张张力合力的的作用，致致使电杆逐逐渐向线路路内角方向向倾斜。常常采用安装装导线分角角拉线（如如图所示）），以达到到实行电杆杆预偏和减减小导线拉拉线水平角角和垂直角角。图16（a）正常情况况（b）断线情况况（一）正常常情况拉线线受力计算算1、转角拉线线的计算转角电杆的的拉线在正正常情况下下要承受线线路转角所所引起的角角度荷载和和风载之和和（即∑PJ、∑P），其拉线线的计算与与耐张电杆杆拉线计算算基本相同同。存在的的差别是在在初张力T较小的情况况下，由拉拉线中的四四根拉线共共同承受水水平荷载；；另外转角角电杆拉线线还要考虑虑因受荷载载和温度影影响的增大大系数，一一般取1.1。⒉反向拉力的的计算式中∑P－导线、地地线以及杆杆身风压的的总和∑PJ－导线、地地线角度荷荷载的总和和β－反向拉线线与地面的的水平夹角角；α－线路转转角。设计带有导导线分角拉拉线转角电电杆的计算算有两种方方法。一种种是计算拉拉线受力时时，不考虑虑分角拉线线的受力，，计算完后后，分角拉拉线自由选选择；另一一种方法是是计算拉线线受力时，，把四根拉拉线和一根根分角拉线线一起考虑虑（计算方方法略）。。3、分角拉线线的计算（二）断线线情况拉线线受力计算算对于转角杆杆塔，为了保证外侧侧导线耐张张绝缘子串的的跳线与电电杆的安全距距离，转角角杆塔的横担担要向外侧侧外伸一段距距离（如图图示），由转转角的大小小而定，即：：1、转角杆塔塔的横担△a＝λcosγγ式中λ－耐张绝缘缘子串长度度；γ－导线与横横担的夹角角。图17转角电杆以以断中导线线和长臂侧侧导线（外外侧导线））为拉线受受力的控制制条件，其其拉线的计计算方法与与带X型（或V型）拉线的的耐张电杆杆相同。2、转角拉线线的计算3、反向拉线线的计算在特殊情况况下，线路路转角过大大，而内角角过小，在在中相导线线和长臂导导线侧边同同时断线的的严重情况况下四根导导线拉线有有两根受力力为负，为为保证转角角电杆的安安全，也需需加装反向向拉线，反反向拉线一一般按构造造配置（即即采用最小小允许纲绞绞线的线号号为GJ-35）。第七节电电杆横担计计算一、电杆横横担型式1、固定横担担：固定横横担在任何何情况力的的作用下保保