杆塔结构设计基础

第八章杆塔构造设计根底第八章杆塔构造设计根底214/38第八章杆塔构造设计根底第一节杆塔构造型式及外形尺寸一、杆塔的型式及分类架空线路使用的杆塔按使用材料分为钢筋混凝土电杆和铁塔；按受力特点和用途分为直线杆塔、耐张杆塔、转角杆塔和终端杆塔。直线杆用于线路的直线段上，线路正常运行时有垂直荷载及水平荷载，能支持断线或其它顺线路方向的张力。在顺线路方向的张力作用下，直线杆塔的悬垂绝缘子允许偏斜，杆塔也允许有肯定的挠度。耐张杆塔除承受垂直荷载及水平荷载之外，还能承受更大的顺线路方向的张力，如支持断线时的张力或施工紧线时的张力。耐张杆塔使用耐张绝缘子串，在断线时能耐受断线张力，限制断线事故范围，起隔离事故的作用。直线杆塔和耐张杆塔，一般均用于线路的直线段上，不兼转角。但在特别状况下需要兼转角时，其转角度数对直线杆塔不应超过°，耐张杆塔不应超过°，否则应按转角杆塔设计。转角杆塔用于线路转角处，其受力特点与耐张杆塔一样，但其水平荷载包括角度合力，所以水平荷载值较大。终端杆塔用于线路首末端，可以是耐张型或转角型的，受力特点与耐张或转角杆塔一样，但在正常运行状况下需承受单侧顺线路张力。图等径拉线单杆 图等径拉线单杆 图拔梢单杆图拔梢单杆 型直线杆图 门型直线杆.常用直线杆的杆型。线路，广泛使用带拉线的和不带拉线的上字型钢筋混凝土单杆型钢筋混凝土电杆。带拉线的直线杆，一般承受φ等径钢筋混凝土杆段，杆的根底承受浅埋式，杆型如图、图所示。在雷电活动猛烈的南方地区使用时，可在上横担反侧加装对称的耦合地线横担和吊杆，如图虚线所示，以便悬挂耦合地线，提高电杆的耐雷水平。不打拉线的直线单杆，常用梢径φφ的拔梢钢筋混凝土电杆，杆型如图、图所示。由于不带拉线，电杆的根底承受深埋式，抗风力量和杆高的利用比拉线单杆差，故使用档距较小。除上字型单杆外，当导线截面较大或档距较大时，可承受型或门型双杆直线杆，如图、图所示。及以上的单杆和门型杆。.局部直线杆塔外，还需要有耐张、转角、终端等耐张型杆塔。线路的耐张型杆塔，在平地和丘陵地区一般承受门型钢筋混凝土电杆，如图、图所示。不同电压等级线路用的杆型大致相像，只是根开与杆高不同。这类杆型一般承受φ300mm及以上的单杆和门型杆。.局部直线杆塔外，还需要有耐张、转角、终端等耐张型杆塔。线路的耐张型杆塔，在平地和丘陵地区一般承受门型钢筋混凝土电杆，如图、图所示。不同电压等级线路用的杆型大致相像，只是根开与杆高不同。这类杆型一般承受φ300mm等径杆段和平面横担。线路的转角杆与耐张杆相像，只是拉线的方向因转角不同而不同，如图、图所示。图耐张杆 耐张杆二、杆塔外形尺寸确实定.二、杆塔外形尺寸确实定.确定杆塔外形尺寸的基应符合以下根本要求：〔〕确定杆塔高度时，应满足导线对地面及穿插跨越物的距离要求。〔〕导线与塔身的距离应满足操作过电压、雷电过电压及正常运行电压的间隙要求，并图转角杆图转角杆 图杆塔的呼称高〔〕导线间的水平距离或垂直距离应满足档距中心接近程度所需的距离。〔〕地线的布置应满足导线防雷保护的要求。.杆塔呼称高确实定。杆塔的最下层导线绝缘子串悬挂点到地面的垂直距离，称为杆塔的呼称高，如下图。平地杆塔的呼称高按下式计算 λ 〔〕式中—悬垂绝缘子串的长度—导线最大弧垂时至地面的最小距离—考虑测量和安装误差的裕度，一般档距取0.7m。由式〔〕、及h为定值。明显，随着设计档距的增加，导线弧垂增大，所用杆塔的呼称高也随之加大，但杆塔总数量将削减；反之，设计档距减小，导线弧垂减小，所用杆塔的呼称高也随之减小，但杆塔总数量将增多。因此，对某电压等级的线路，必定存在一个经济的呼称高和相应的档距，使线路总投资最低。此呼称高称为经济呼称高。各电压等级线路的杆塔经济呼称高见表。表架空线路杆塔的经济呼称高〔〕线路电压〔〕线路电压〔〕钢筋混凝土电杆铁塔.杆塔头部尺寸确实定。杆塔的头部尺寸主要打算于电气对空气间隙和线间距离的要求。〔〕空气间隙的校验。海拔高度不超过1000m的地区，在雷电过电压、操作过电压及正常工作电压状况下，绝缘子串风偏后导线对杆塔接地局部的空气间隙不得小于表的数值。海拔高度超过1000m的地区，100m，操作过电压和运行电压的间隙，应较表所列数值增大。表带电局部与杆塔构件〔包括拉线、脚钉等〕的最小间隙〔〕线路电压〔〕线路电压〔〕运行电压间隙 串边相串操作过电压间隙中相串雷电过电压间隙(或按绝缘子串放电电压协作)注：.按雷电过电压和操作过电压状况校验间隙时的相应气象条件。.因高海拔而需增加绝缘子数量时，雷电过电压最小间隙也应相应增大。..因高海拔而需增加绝缘子数量时，雷电过电压最小间隙也应相应增大。.500m1000m的地区。可按式〔〕计算〔〕P0.625(n1)Av2〔〕j j式中——————图间隙圆图绝缘子串的风压，；—²，双裙绝缘子取²；—每串绝缘子的片数，金具零件按一片绝缘子的受风面积考虑；—在雷电过电压、操作过电压及运行电压状况下，分别求出绝缘子串的风偏角θ、θ、θ，然后绘出间隙圆图，如下图。由图中的间隙距离的间隙圆图中，对杆身间隙起掌握作用的一般为操作过电压或雷电过电压两种状况。从图可以看出，操作过电压的间隙圆对下导线横担起掌握作用，而正常状况风速较大，绝缘子串风偏角较大，对杆身间隙不起掌握作用，但在强风地带需校验此时对横担下沿的间隙。为了带电检修的需要，有时还需给出带电作业的间隙圆图，如图中的。在海拔高度以下的地区，按气温℃、风速为计算条件，带电作业的杆塔，其带电局部〔包括等电位操作人员〕对接地局部〔包括地电位操作人员〕风偏后的间隙应满足表的距离要求。对于带电作业的人员停留或工作的部位，还应考虑～的人体活动范围。表带电作业，带电体对接地体的校验间隙线路电压线路电压校验间隙(边相串中相串)海拔高度不超过1000m工频电压和操作过电压相间最小间隙，宜符合表的数值。表工频电压和操作过电压相间最小间隙线路电压线路电压工频电压塔头操作过电压档距中备注*单回路紧凑型模拟塔头试验值〔〕导线的水平线间距离。当各相导线水平排列时，对以下的档距，导线的最小水平线间距离，依据运行阅历可按下式计算Dk

U 0.65fj 110f

〔〕max式中—导线的最小水平线间距离—悬垂绝缘子串系数：和串，串；——当导线按三角形排列时，其等效水平线间距离按式〔〕计算，结果也需满足式〔〕的要求。〔〕式中—导线三角形排列时的等效水平线间距离—导线间的水平投影距离〔即水平偏移—导线间的垂直投影距离双回路及多回路杆塔，不同回路的不同相导线间的水平或垂直距离，应比计算值增加。〔〕导线垂直排列的垂直距离和水平偏移。导线垂直排列的垂直线间距离，宜承受按式〔〕计算结果的。使用悬垂绝缘子串的杆塔，其垂直线间距离不宜小于表所列数值。对多回路杆塔，不同回路的不同相导线间的水平或垂直距离，应比上述的线间距离大，线路还不应小于。表使用悬垂绝缘子串杆塔的最小垂直线间距离标称电压标称电压垂直线间距离导线垂直排列时，为防止导线在不均匀脱冰时引起事故，杆塔上下层导线间和导线与地线间应有肯定的水平偏移，其偏移值不应小于表所列数值。表上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的水平偏移标称电压标称电压设计冰厚注：无冰区可不考虑水平偏移，设计冰厚地区，上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的水平偏移，可根注：无冰区可不考虑水平偏移，设计冰厚地区，上下层相邻导线间或地线与相邻导线间的水平偏移，可根据运行阅历适当削减。〔〕地线布置。为保证地线对导线的防雷保护作用，地线悬挂点应满足以下条件：〔〕式中导线和地线间的水平投影距离—导线和地线间的垂直投影距离〕双地线间的水平距离≤。〕地线和导线在档距中心的接近距离，在℃、无风时应满足下式要〕〔〕式中导线和地线间的水平投影距离—导线和地线间的垂直投影距离〕双地线间的水平距离≤。〕地线和导线在档距中心的接近距离，在℃、无风时应满足下式要求≥0.012l式中—地线和导线在档距中心的接近距离— 档 距， 。图地线悬挂点位置其次节 杆塔构造设计的根本规定一、杆塔荷载的计算条件.尚应验算地震等稀有状况。.各类杆塔的正常运行状况，应计算以下荷载组合：〕根本风速、无冰、未断线〔包括最小垂直荷载和最大水平荷载组合。〕设计覆冰、相应风速及气温、未断线。〕最低气温、无冰、无风、未断线〔适用于终端和转角杆塔。.直线型杆塔〔含悬垂转角杆塔，不含大跨越直线塔〕的断线，应按-5℃、有冰、无风的气象条件，计算以下荷载组合：〔〕对单回路杆塔，单导线断任意一相导线(分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力)，地线未断；断任意一根地线，导线未断。〔〕对双回路杆塔，同一档内，单导线断任意两相导线(分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力)，(分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力)。〔〕对多回路塔，同一档内，单导线断任意三相导线(分裂导线任意三相导线有纵向不平衡张力)，地(分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力)。.耐张型杆塔的断线状况，应按-5℃、有冰、无风的气象条件，计算以下荷载组合：〔〕对单回路杆塔和双回路杆塔，同一档内，单导线断任意两相导线〔分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力；同一档内，断任意一根地线，单导线断任意一相导线〔分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力。断导线〔含分裂导线时纵向不平衡张力，单导线断任意一相导线〔分裂导线任意一相导线有纵向不平衡张力。〔〕对多回路塔，同一档内，单导线断任意三相导线(分裂导线任意三相导线有纵向不平衡张力)，地(分裂导线任意两相导线有纵向不平衡张力)。.10mm及以下冰区，导、地线断线张力(或分裂导线不平衡张力)的取值应符合表规定的导、地线最大使用张力的百分数，垂直冰荷载取设计覆冰荷载。表 及以下冰区，导、地线断线张力(或分裂导线不平衡张力)〔〕地形

悬垂塔导线单导线 双分裂导线 双分裂以上导线

耐张塔导线单导线双分裂及以上导线平丘平丘山地.10mm分数，垂直冰荷载按设计覆冰荷载计算。相应的气象条件按-5℃、10m风速的气象条件计算。表 不均匀覆冰状况的导、地线不平衡张力〔〕悬垂型杆塔悬垂型杆塔导线地线耐张型杆塔导线地线.各类杆塔均应考虑全部导、地线同时同向有不均匀覆冰的不平衡张力，使杆塔承受最大的弯矩。.〔分裂导线纵向不平衡张力力均应按静态荷载计算。.防串倒的加强型悬垂型杆塔，除按常规悬垂型杆塔工况计算外，还应按全部导、地线同时同侧有断线张力〔分裂导线纵向不平衡张力〕计算。.各类杆塔的验算覆冰状况，按验算冰厚、℃、10m风速，全部导、地线同时同向有不平衡张力，使杆塔承受最大弯矩。.10m风速、无冰、相应气温的气象条件下考虑以下荷载组合：〔〕直线型〔含悬垂转角型〕杆塔的安装荷载：〕提升导线、地线及其附件时的作用荷载。包括提升导线、地线、绝缘子和金具等重量〔一般按倍重量、安装工人和工具的附加荷载，应考虑动力系数，附加荷载标准值如表。表 附加荷载标准值〔〕电压电压导线地线悬垂型杆塔耐张型杆塔悬垂型杆塔耐张型杆塔〕导线及地线锚线作业时的作用荷载。锚线对地夹角不宜大于°，正在锚线相的张力应考虑动力系数。挂线点垂直荷载取锚线张力的垂直重量和导、地线重力与附加荷载之和，纵向不平衡张力分别取导、地线张力与锚线张力纵向重量之差。〔〕耐张型杆塔的安装荷载：〕导线及地线荷载。锚塔：锚地线时，相邻档内的导线及地线均未架设；锚导线时，在同档内的地线已架设。紧线塔：紧地线时，相邻档内的地线已架设或未架设，同档内的导线均未架设；紧导线时，同档内的地线已架设，相邻档内的导线已架设或未架设。°，其方向与导、地线方向全都，临时拉线一般可平衡导、地线张力的。及以上杆塔，对四分裂导线的临时拉线按平衡导线张力标准值考虑，六分裂及以上导线的临时拉线按平衡导线张力标准值考虑，地线的临时拉线按平衡地线张力的标准值考虑。〕°考虑，计算牵引张力时应计及导、地线的初伸长、施工误差及过牵引的影响；〕安装人员及其携带的工具等附加重力荷载按表取值。〔〕导、地线的架设次序，宜考虑自上而下地逐相〔根〕架设。对于双回路及多回路杆塔，应按实际需要，考虑分期架设的状况。〔〕与水平面夹角不大于°、且可以上人的铁塔构件，应能承受设计值人重荷载，且不应与其它荷载组合。.终端杆塔应计及变电所〔或升压站〕一侧导线及地线已架设或未架设的状况。.位于根本地震烈度为七度及以上地区的混凝土高塔和位于根本地震烈度为九度及以上地区的各类杆塔均应进展抗震验算。.外壁的坡度小于的圆筒形构造或圆管构件，应依据雷诺数的不同状况进展横风向风振(漩涡脱落)校核。二、承载力量和正常使用极限状态计算表达式.构造或构件的承载力极限状态，应承受以下表达式(0

CGG G

CQQi Qi

)R 〔８〕式中γ—γ不应小于，临时线路取γ，其它线路取γ；γ—永久荷载分项系数。对构造受力有利时取γγ；γ—γ；—永久荷载标准值；—第项可变荷载标准值；ψ—可变荷载组合系数。正常运行状况取ψ；断线状况、不均匀覆冰状况和安装状况取ψ；验算状况ψ；、—分别为永久荷载和可变荷载的荷载效应系数；—构造构件的抗力设计值。.构造或构件的正常使用极限状态，应承受以下表达式 CGG K式中δ—构造或构件的裂缝宽度或变形的规定限制值。.构造或构件的抗震验算，应承受以下表达式

CQQi

〔〕S S S S S R/ 〔〕GG Eh EK Ev EvK EQQ wwK RE式中γ—γγ，当验算构造抗γ；重力荷载代表值效应，应取构造构件、固定设备和导线、地线及绝缘子等的重力标准值；γ、γ—分别为水平、竖向地震作用分项系数。当仅计算水平地震作用时，宜取γ，γ；当仅计算竖向地γ，γ；当两者同时计算时，如以水平作用为主，宜取γ，γ；如以竖向作用γ，γ；—水平地震作用标准值效应，按现行国家标准《构筑物抗震设计标准》的有关规定计算，对悬挂的导线、地线及其附件的质量所产生的惯性可不予计入；—竖向地震作用标准值效应，按现行国家标准《构筑物抗震设计标准》的有关规定计算；γ—γ；—导线及地线张力可变荷载的代表值效应；—风荷载标准值效应；ψ—风荷载的分项及组合综合系数，宜取ψ；材料钢构造构件跨越塔材料钢构造构件跨越塔其它铁塔焊缝和螺栓承载力抗震调整系数材料钢筋混凝土构造构件 承载力抗震调整系数跨越塔钢管混凝土杆塔钢筋混凝土杆各类受剪构件三、材料〔〕钢材的材质应依据构造的重要性、连接方式、钢材厚度和构造所处的环境及气温等条件进展合理和《低合金构造钢》的规定。〔〕全部杆塔构造的钢材均应满足不低于级钢的质量要求。当承受及以上厚度的钢板焊接时，应承受防止钢材层状撕裂的措施。〔〕现行国家标准《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》和《紧固件机械性能螺母、粗牙螺纹》的有关规定。〔〕环形截面钢筋混凝土杆及预应力混凝土杆的钢筋，宜符合以下规定：〕一般钢筋宜承受级和级、也可承受级和级钢筋；〕预应力钢筋宜承受预应力钢丝，也可承受热处理钢筋。〔〕环形截面钢筋混凝土杆及预应力混凝土杆的混凝土强度等级应分别不低于和。其它混凝土预制构件不应低于。混凝土和钢筋的标准值和设计值以及各项物理特性指标，应按现行国家标准《混凝土构造设计标准》的有关规定确定。说明：.说明：.*孔壁承压适用于构件上螺栓端距≥螺栓直径。.级高强度螺栓应具有类(塑性性能)和类(强度)试验工程的合格证明。表 钢材、螺栓和锚栓的强度设计值²材料 厚度或直径 抗拉抗压和抗弯抗剪孔壁承压≤>钢(号钢) >*>材≤>>>≤>>>≤>>>镀锌级 标称直径≤——粗制螺栓级 标称直径≤级 标称直径≤————螺杆承压级 标称直径≤——锚钢 外径≥——————栓钢 外径≥——————号优质碳素钢 外径≥——————号优质碳素钢 外径≥——————热镀锌钢丝抗拉强度标准值备注股数整根钢绞线抗拉强度设计值股、整根钢绞线的拉力设计值等于总截面与抗拉强度设计值的热镀锌钢丝抗拉强度标准值备注股数整根钢绞线抗拉强度设计值股、整根钢绞线的拉力设计值等于总截面与抗拉强度设计值的乘积；、强度设计值中已计入了换算系数：股，股。股股〔〕拉线金具的强度设计值，应取国家标准金具的强度标准值或特别设计金具的最小试验破坏强度除以的抗力分项系数确定。四、杆塔构造.在荷载的长期效应组合〔无冰、风速5m及年平均气温〕作用下，杆塔的计算挠曲度〔不包括根底倾斜和拉线点位移，不应超过以下数值。〔〕悬垂直线无拉线单根钢筋混凝土杆及钢管杆；〔〕悬垂直线独立式铁塔；〔〕悬垂直线拉线杆塔的杆(塔)顶;〔〕悬垂直线拉线杆塔，拉线点以下杆(塔)身高度的；耐张塔及终端独立式铁塔。在上述规定中，为自地面起至计算点处高度；设计时应依据杆塔的特点提出施工预偏要求。.在考虑荷载的短期效应组合并在荷载的长期效应组合影响下，一般和局部预应力钢筋混凝土构件的0.2mm0.1mm；预应力钢筋混凝土构件的混凝土拉应力限制系数应小于。.杆塔构造构件允许最大的长细比：〔〕对钢构造构件：受压主材；受压材；关心材；受拉材；预应力拉杆不限。〔〕对拉线杆塔的主柱：钢筋混凝土直线杆；预应力钢筋混凝土直线杆；耐张转角和终端杆；单柱拉线铁塔主柱；双柱拉线铁塔主柱。.杆塔构件钢材的最小厚度，承受热镀锌防腐时，主材为4mm，斜材及关心材为3mm，钢管为3mm，1mm1mm。.70m及以下时，可装设脚钉，70m以上时可装设爬梯。.杆塔铁件应承受热镀锌防腐，或承受其它等效的防腐措施。腐蚀严峻地区的拉线棒尚应实行其它有效的附加防腐措施。.拉线截面不应小于35²;拉线棒直径应依据土壤对其腐蚀状况，比计算值增大２～４，且不应小于16mm。８．受剪螺栓的螺纹不应进入剪切面。受拉螺栓及位于横担、顶架等受振动部位的螺栓应实行防松措施。靠近地面的塔腿和拉线上的连接螺栓，宜实行防卸措施。９．预应力和非预应力的环形断面钢筋混凝土构件的主筋，直径分别不宜大于及不宜小于；净距不宜小于；净保护层不宜小于。第三节 杆塔荷载及荷载图一、杆塔荷载的分类.作用在杆塔上的荷载按其性质可分为永久荷载、可变荷载和特别荷载。〔〕永久荷载：导线及地线、绝缘子及其附件、杆塔构造、各种固定设备、根底以及土石方等的重力荷载；拉线或纤绳的初始张力、土压力及预应力等荷载。〔〕可变荷载：风和冰〔雪〕荷载；导线、地线及拉线的张力；安装检修的各种附加荷载；构造变形引起的次生荷载以及各种振动动力荷载。〔〕特别荷载：断线引起的荷载，地震荷载，不均匀结冰引起的不平衡张力等荷载。.依据荷载在杆塔上的作用方向可分为垂直荷载、横向荷载和纵向荷载。〔〕垂直荷载：导线及地线、绝缘子及其附件和构造构件及杆塔上的各种固定设备等的荷载，覆冰荷载，安装检修人员及工具的重力，使用拉线时由拉线产生的垂直分力。〔〕横向荷载：杆塔和导线、地线的横向风压荷载，转角杆塔导线和地线的角度荷载。〔〕纵向荷载：杆塔和导线、地线的纵向风压荷载，事故断线时的顺线路方向张力，导线、地线的顺线路方向不平衡张力，安装时的紧线张力等。二、荷载的标准值计算在进展杆塔构造设计时，需要考虑多种状况和多种因素。在一种计算状况下，作用于杆塔上某一点的荷载不是单一的。在进展荷载计算时，一般是将作用点多种因素分解为各自独立的因素，分别计算出荷载的标准值，再依据计算状况的需要进展组合。〔一〕垂直荷载.导线、地线及绝缘子金具串的垂直荷载 l 〔〕式中—导线、地线及绝缘子金具串的垂直荷载标准值；—导线、地线的自重单位荷载——绝缘子金具串无覆冰的总重量.杆塔自重荷载。杆塔自重荷载一般可依据设计阅历，并参照其它杆塔的资料作适当假定，也可对杆塔的每根构件逐一统计后获得。〔二〕可变荷载.垂直荷载〔〕导线、地线及绝缘子金具串的冰重荷载 l 〔〕式中—导线、地线及绝缘子金具串的冰重荷载标准值；—导线、地线的冰重单位荷载——绝缘子金具串覆冰总重力，为设计冰厚〔。〔〕安装和检修时安装人员在杆塔上作业的附加荷载。式中，为附加荷载标准值，按表取值，为动力系数。.水平荷载〔〕杆塔风荷载的标准值按下式计算

W

B

Av2

0.625

B

Av2 〔〕sk式中—杆塔风荷载标准值μ—风压高度变化系数，见其次章第一节；

z s

z s z sμ—构件的体型系数，环形截面电杆取，矩形截面电杆取，角钢铁塔取(η)，圆钢铁塔取(η)；—覆冰时风荷载增大系数，5mm冰区取，10mm冰区取。η—空间桁架反面的风压荷载降低系数，见表；表空间桁架反面的风压荷载降低系数η≤≤≤β—60m时，应依据表对全高承受一个系数；当杆塔全超群过60m时，应按现行国家标准《建筑构造荷载标准》的规定，承受由下到上逐段增大的数值，但其加权平均值对独立式铁塔不应小于，对单柱拉线杆塔不应小于。对根底，当60m60m时，承受由下到上逐段增大的数值，但其加权平均值对独立式铁塔不应小于。表杆塔风荷载调整系数(用于杆塔本身)杆塔全高〔〕杆塔全高〔〕单柱拉线杆塔其它杆塔注：.中间值按插入法计算；.对独立式铁塔，表中数值适用于高度与根开之比为４６。——10m〔〕导线和地线风荷载的标准值按下式计算W 0.625Bxk

sc

dlv2sin2 〔〕h式中—垂直于导线及地线方向的水平风荷载标准值α—风压不均匀系数，应依据设计基准风速，依据表的规定确定；计算跳线时，取α；当校验杆塔间隙时，依据水平档距计算：α，且≥α≥；表 风压不均匀系数和导地线风载调整系数风速风速v〔〕v≤v≤v<≤v<v≥计算杆塔荷载α校验杆塔〔风偏计算用〕β 计算、杆塔荷载μ—17mm或覆冰时(不管线径大小)μ取；线径大于或等于17mmμ取；β—、线路导线及地线风荷载调整系数，仅用于计算作用于杆塔上的导线及地线风荷载〔不含导线及地线张力弧垂计算和风偏角计算，其值按表的规定确定；—导线或地线的外径或覆冰时的计算外径；分裂导线取全部子导线外径的总和—θ—风向与导线或地线方向之间的夹角。〔〕绝缘子串风荷载的标准值按下式计算式中—绝缘子串风荷载标准值

W jk z

Av2

0.625z

Av2 〔〕j—绝缘子串承受风压面积计算值，²。每片绝缘子的受风面积，单裙绝缘子取²，双裙绝缘子取²，金具零件按加一片绝缘子的受风面积计算。〔〕直线型杆塔计算应考虑与线路方向成°、°〔或°〕及°的三种最大风速的风向；对一般耐张型杆塔可只计算°一个方向；对终端杆塔可计算°方向；对耐张杆塔转角度数较小时宜考虑与线条荷载张力相反的方向；对特别杆塔宜考虑最不利风向。.导线、地线的不平衡张力和角度合力导线〔地线〕在各种运行、安装状况下的张力是顺着线路方向的，在计算杆塔受力时，需将它们分解成顺着杆塔平面的横向荷载〔称角度荷载〕和垂直于杆塔平面的纵向荷载〔称不平衡张力，见图和图。〔〕导线不平衡张力由图可见，在杆塔两侧线路转角不同的状况下，导线不平衡张力⊿αα〔〕假设横担方向与线路转角的内分角线重合，即ααα时，则 〔〕式中、—杆塔前后两档内的导线张力，Ｎ；—；、线路与杆塔横担垂线之间的夹角〔。对直线杆塔，因前后两档的导线张力相等，故一般状况下没有不平衡张力，即⊿。图导线不平衡张力计算示意图 导线角度荷载计算示意图〔〕导线角度荷载如下图，在杆塔两侧线路转角不同的状况下，导线的角度荷载P T1k 1

sin1

；P T2k

sin 〔〕2当ααα时，； 〔〕对直线杆塔，导线角度荷载一般为零。但对直线转角杆塔、换位塔和耐张、转角杆塔，都需计算这个荷载。〔〕导线断线张力和地线不平衡张力单导线断线张力、分裂导线不平衡张力和地线不平衡张力分别按导线和地线的最大使用张力的百分比值计算。其百分比值依据具体状况按本章其次节的第一项取用。三、荷载的设计值计算依据杆塔构造设计的根本规定，构造或构件的强度、稳定和连接强度，应按承载力极限状态的要求，承受荷载的设计值和材料强度的设计值进展计算。因此，各荷载作用点各向的荷载不能直接用标准值进展简洁的叠加，必需用荷载效应组合的设计值作为构造计算的荷载值。杆塔型式不同，计算状况不同，荷载的组合也不同。必需针对具体状况，将标准值按承载力量极限状态表达式的原理及其相关的系数进展正确组合计算才能得到正确的荷载的设计值。对于某种杆塔的一种计算状况，只有作用点和作用方向都一样的荷载才能按承载力量极限状态表达式的原理及其相关的系数进展组合计算设计值。下面列出常用荷载组合设计值的计算公式。〔一〕垂直荷载.不覆冰时导线或地线在杆塔悬挂点的垂直荷载 1.2G 〔〕.覆冰时导线或地线在杆塔悬挂点的垂直荷载 1.2G1.4G 〔〕.安装时导线或地线在杆塔悬挂点的垂直荷载 〔〕杆塔悬挂点的附加垂直荷载 × 〔〕〔二〕水平荷载.杆塔的风荷载 ψ .导线或地线在杆塔悬挂点的风荷载 ψ 〔〕.绝缘子串在杆塔悬挂点的风荷载 ψ 〔〕〔三〕导线、地线的不平衡张力和角度合力。.导线不平衡张力在杆塔两侧线路转角不同的状况下，导线不平衡张力T1.4(T1

cos1

Tcos2

) 〔〕假设横担方向与线路转角的内分角线重合，即ααα时，则.导线角度荷载

T1.4[(T1

T)cos] 〔〕2 2在杆塔两侧线路转角不同的状况下，导线的角度荷载P1.4T1 1

sin1

；P1.4T2

sin 〔〕2当ααα时， ； 〔〕.导线断线张力和地线不平衡张力单导线断线张力、分裂导线不平衡张力和地线不平衡张力分别按导线和地线的最大使用张力的百分比ψ计算。式中Ｇ—垂直荷载设计值，Ｎ；Ｐ—水平荷载设计值，Ｎ；ψ—可变荷载组合系数，正常运行状况，取ψ；断线状况、不均匀覆冰状况和安装状况，取ψ；验算第八章杆塔构造设计根底第八章杆塔构造设计根底ψ；～—冲击系数；其它符号同标准值。四、安装状况荷载计算〔一〕直线杆塔安装荷载上字型杆塔起吊上导线时，需绕过下横担，如下图，这时横担上的水平荷载和垂直荷载按以下公式计算。如图所示的起吊方式，设为导线重量，则上横担点的水平荷载和垂直荷载计算如下：取∑取∑得TcosTsin1 2〔〕取∑得GTsinTcos〔〕1 2将式〔〕代入式〔〕得GTsincos2sinTcos2GTsintanTcos2 2因此提升导线时，作用在横担点的荷载为水平荷载θ〔〕垂直荷载(θ)〔〕如图所示为安装反向滑轮的起吊方式，此时上横担点的荷载为水平荷载(θ)〔〕垂直荷载θ〔〕起吊右侧下导线时，如图左侧所示，此时作用在下横担点的荷载为水平荷载 〔〕垂直荷载 〔〕起吊左侧下导线安装反向滑轮时，如图右侧所示，此时作用在下横担点的荷载为水平荷载 〔〕垂直荷载 〔〕可以实行安装反向滑轮的方法，削减作用在横担上的垂直荷载。〔二〕耐张型杆塔安装荷载耐张型杆塔的导线和地线的紧线安装，一般有两种状况。一种状况是一侧导线、地线未安装，正在紧另一侧导线或地线；另一种状况是一侧导线、地线已架好，正在紧另一侧导线或地线。张力的计算，即临时拉线的平衡系数。在第一种安装状况下，作用在横担上的荷载为垂直横担的张力 〔〕沿角度合力方向的张力为 〔〕作用在横担、两点的垂直荷载分别为G Tsin张力的计算，即临时拉线的平衡系数。在第一种安装状况下，作用在横担上的荷载为垂直横担的张力 〔〕沿角度合力方向的张力为 〔〕作用在横担、两点的垂直荷载分别为G TsinGA 0〔〕224/38第八章杆塔构造设计根底第八章杆塔构造设计根底225/38G KTB

tanG 〔〕式中——导线、绝缘子串及金具重量临时拉线对地夹角； 图导线紧线状况β牵引绳对地夹角；—临时拉线平衡系数；线路转角。其次种安装状况如图〔〕所示，即一侧导线〔或地线〕已紧好，正在紧另一侧导线〔或地线。在这种状况下，作用在横担上的荷载为垂直横担的张力

(cosK)cos 〔〕0 2沿角度合力方向的张力为 〔〕作用在横担、两点的垂直荷载分别为G 〔〕式中符号意义同前。

G TB

sinKT0

tanG 〔〕所得结果为对应的设计值。ηηη…η，、ηηη…η∏η。因此，考虑滑轮的机械效率时，需将上述计算结果除以η。Σ五、荷载图设计一种杆型，需要考虑几种不同的计算状况，例如，上字型无拉线直线杆就要计算正常最大风、覆冰、断上导线、断下导线、地线张力差、安装地线和导线等。计算状况不同，各计算点的设计值也有差异。为了正确计算杆塔的内力，常常把设计杆型的每一种计算状况各计算点的水平、垂直和纵向荷载设计值标注在杆头简图上，即为杆塔设计荷载图，以供杆塔的设计和校验使用。表气象条件计算条件温度℃风速表气象条件计算条件温度℃风速冰厚安装试计算该直线杆的设计荷载，并画出荷载图。地线金具无冰时重力GBJ1地线金具覆冰时冰重GBJ2绝缘子串无冰时重力GJ1绝缘子串覆冰时冰重GJ2无视绝缘子串及金具的水平风压。下导线等七种状况的荷载组合。2.5导线重力 GD导线风压

1.2(pl1v

G)1.2(5.3878350530)2899表导线、地线的有关参数工程表导线、地线的有关参数工程〔²〕张力〔〕TTP1.4p lD 4(23.5)h

1.46.68713002809地线重力G1.2(plG )1.2(2.893935050)1275B B1v BJ1地线风压P1.4pB

l

1.43.12893001314〔〕覆冰， ℃。单位荷载〔〕T单位荷载〔〕TD

1.2(pl1v

G)1.4(pJ1

l2(5)v

G )J228991.4(3.004535080)4483PD

1.4p l5(5,10)h

1.42.0003300840地线重力G 1.2(pB

lB1v

G

)1.4(p

l

G )BJ212751.4(1.774735010)2159地线风压PB

p

lB5(5,10)h

1.41.3350300561未断线相导线重力地线重力断上导线G断上导线G”D1.2(plhG)1.2(5.3878300530)160612 J12断下导线G”D 12 J1plhG5.387830053013382断线张力T 0.91.40.35Tp0.91.40.35466308226DK2.5〔〕地线张力差。组合气象条件为无冰、无风。地线张力差T 0.91.40.2TB B00.91.40.210930〔〕安装状况。起吊导线时，一般取无冰、风速。 图起吊安装示意图绝缘子串重力×附加荷载 ××导线重力 GD

1.2pl1v

1.25.3878350地线重力导线风压P0.91.4pDAl0.91.41.25033004724(10) h地线风压P0.91.4pBl0.91.40.5850300221B4(10)hT与21.3m。依据静力平衡条件，列平衡方程取X0T2.7T1 2取Y0 3.5TG Tsin203.741 D 2T3.74(22630.342T)1联立解上二式得T1T2

3.5 227971036杆头荷载通过横担传递至主杆G 27973.52618T1 3.74P 27971.3972T1 3.74G1.1261825265406起吊下导线时，安装示意图见图。正在安装的下导线横担处的总荷载为G1.1226325265015〔〕荷载图。依据上述计算结果，分别不同状况绘制出设计荷载图如图。图杆塔荷载图第四节 环形截面一般钢筋混凝土构件的计算杆塔构造设计曾用容许应力法和安全系数法。本书按规定承受概率极限状态设计法，各公式所称的压力、拉力、弯矩、剪力等都必需依据荷载组合后的设计值进展计算。一、混凝土和钢筋混凝土〔一〕混凝土混凝土是由水泥、砂、石子和水，按肯定协作比混合硬化后的产物。混凝土的力学性能可用以下强度指标及弹性模量来说明。.混凝土的抗压强度和强度等级混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值确定。立方体抗压强度标准值系指依据标准方法制作养护的边长为的混凝土立方体试块，在室温℃、空气相对湿度的状况下，养护天后，用标准试验方法测得具有保证率的抗压强度。混凝土强度等级用符号Ｃ和立方体抗压强度标准值表示。混凝土的早期硬化速度与气温有很大关系，当气温在０～℃时，硬化速度较慢，℃时停顿硬化；当环境温度高于℃时，硬化的速度显著加快。因此，冬季浇制混凝土时，应实行保温措施，如承受蒸汽养护等。.混凝土的标准强度、设计强度和弹性模量依据混凝土的不同受力状况，将其分为轴心抗压强度、弯曲抗压强度和抗拉强度。轴向高度大于宽度的构受压区混凝土的抗压标准强度称为弯曲抗压标准强度。混凝土承受极限拉力的强度为抗拉标准强度，一般只有抗压标准强度的。混凝土的强度等级越高，相应的强度标准值也越大。应当指出，在混凝土构件的强度计算中，不用按强度等级确定的标准值，而用其设计值。混凝土为弹塑性材料，它在外力作用下的变形包括弹性变形和塑性变形。混凝土受压时，压应力与弹性相对变形的比值，称为混凝土的受压弹性模量。混凝土的强度标准值、设计值和弹性模量之值如表。表表混凝土强度标准值、设计值和弹性模量²混凝土强度等工程符号级抗拉强度弯曲抗压强度〔〕标准值(×)混凝土的密度，一般可取2400kg³，承受离心制作的混凝土，由于水灰比降低，密实度大，密度可达2750kg³。.混凝土的粘着力和抗剪强度混凝土和钢筋的联合工作，主要依靠混凝土在钢筋外表产生很大的粘着力。单位外表积上的粘着力称²。〔二〕钢筋混凝土如做成受弯构件，往往在受压区混凝土强度还很少利用时，受拉区已到达抗拉极限强度而引起构件破坏，故整个构件的材料就不能充分发挥承载力量。为了弥补混凝土抗拉强度很低的弱点，通常在混凝土构件受拉区的拉力方向，配置肯定数量的钢筋来加强混凝土构件的抗拉强度。钢筋直接浇筑在混凝土中，形成联合工作的整体，称为钢筋混凝土。钢筋和混凝土的联合工作，主要依靠混凝土分散时在钢筋外表产生很大的粘着力，使两者能严密粘结。由于钢筋和混凝土的温度膨胀系数α相差很小，钢α×℃，混凝土α××℃，当温度变化时，在两种材料内不会产生强制应力，也不会产生可能减弱两种材料之间粘结强度的强制剪应力。此外，包在钢筋外面的混凝土由于其所具有的碱性性质而起着保护钢筋不生锈的作用。钢筋混凝土分为一般钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土两种，一般钢筋混凝土中的钢筋和预应力钢筋混凝土中的一般钢筋宜用Ⅰ级、Ⅱ级、级钢筋和乙级冷拔低碳钢丝；预应力钢筋混凝土中的预应力钢筋宜用碳素钢丝、刻痕钢丝和热处理钢筋以及冷拉Ⅱ级、级和Ⅳ级钢筋。钢筋强度标准值、设计值和弹性模量如表，钢丝强度标准值、设计值和弹性模量如表。表表钢筋强度标准值及设计值²种类符号或或或’或’弹性模量级〔〕×热轧级〔、〕钢筋级〔〕×级()〔≤〕×级≤～级×级〔～〕〔〕〔〕×钢筋×注：—热轧钢筋和冷拉钢筋的强度标准值，—预应力钢筋的强度标准值，—热处理钢筋的强度标准值；、’—预应力钢筋的抗拉、抗压强度设计值。表钢丝强度标准值及设计值²种类，或或’或’弹性模量碳素钢丝×，，刻痕钢丝，×甲级组组组组冷拔

×乙级用于焊接骨架和焊接网时用于绑扎骨架和绑扎网时—用作预应力钢筋的碳素钢丝、刻痕钢丝和甲级冷拔低碳钢丝强度标准值。二、环形截面一般钢筋混凝土轴心受压、受拉构件的计算环形截面构件较其他截面构件，具有各向承载力量相等、节约材料、便于承受离心机制造以提高质量等优点。因此，在输电线路中，广泛承受环形截面钢筋混凝土构件。这种构件又分一般和预应力两种：预应力构件的性能受制造工艺水平的影响极大，故应视具体制造条件承受。本节介绍环形截面一般钢筋混凝土构件〔简称构件〕的计算。〔一〕轴心受压构件抱负的轴心受压构件，在输电线路中实际上是没有的。但轴向压力作用线和构件轴线间的初偏心距＜时〔为构件的计算长度，即可将构件视为轴心受压构件。配有纵向钢筋和横向钢筋的轴心受压构件，其正截面设计压力应满足≤〔 ’〕 〔〕式中 构件正截面轴心压力设计值；φ—钢筋混凝土构件的稳定系数，承受表所列数值；表表长细比环形截面钢筋混凝土电杆稳定系数—混凝土的轴心抗压强度设计值，;—当超过时，则取；纵向钢筋〔或称主钢筋〕的抗压强度设计值’—全部纵向钢筋的截面积构件的长细比 λ环形截面构件最小回转半径构件的计算长度(中心受压及小偏心受压)按构件长度用以下原则确定：〔〕两端支承在刚性的横向构造上时；〔〕具有弹性移动支座时～；〔〕对一端嵌固在土中，一端自由的独立电杆〔二〕轴心受拉构件的计算.当不考虑混凝土承受拉力，而全部拉力由钢筋承受时，其轴心设计拉力N应满足≤ 〔〕式中—构件轴心拉力设计值—纵向钢筋的抗拉强度设计值，²；—全部纵向钢筋的截面积，²。.当考虑混凝土和钢筋联合承受拉力时，即混凝土不允许消灭裂缝，这时构件的相对变形不得超过混凝土的极限相对伸长，同时钢筋的单位伸长应等于混凝土的极限相对伸长。依据试验，混凝土产生裂缝前ε～，εε亦取。钢筋的弹性模量如表，当ײ时，钢筋的掌握使用应力为：σ ε××〔²〕也就是混凝土构件马上消灭而尚未消灭裂缝时，钢筋的抗拉强度仅到达，所以这时的轴心受拉构件强N应按下式计算 ≤ 〔〕式中 —混凝土构件的抗拉强度设计值，²；其他符号意义同前。在输电线路的构件中，通常是允许有细小裂缝消灭的，在运行状况荷载作用下，一般钢筋混凝土构件的裂缝计算宽度，不应超过。因此，一般受拉构件的强度可用式〔〕计算，只有特别状况〔如有侵蚀性介质不容许消灭裂缝时，才考虑混凝土与钢筋共同工作的状况，这时承受式〔〕进展计算。三、受弯构件的计算〔一〕受弯构件的设计弯矩图所示的环形截面构件，受弯矩作用时，将使截面产生受压区和受拉区。于是便使受压区混凝土的压应力〔合力为〕和钢筋的压应力〔’〕以及受拉区钢筋的拉应力〔合力为〕建立截面的抵抗弯矩与外弯矩相平衡，由此可推得受弯构件正截面受弯设计弯矩应满足的条件为：2 r3r3

sin

rrMM

( f A2

1f/ArfAr) [f A1

2(f

f/)Ar]sinu 3 cm 21

r21r

y ss y ss r

cm 2fA

y y ss〔〕 [f A1 cm

2(f f/)Ar]siny y ss

yA(f

sf/)A式中—构件正截面弯矩设计值构件的抗弯承载力设计值—混凝土弯曲抗压强度设计值，²；—钢筋抗拉强度设计值，²；、环形截面的内、外半径—纵向钢筋所在圆的半径—混凝土截面面积，²；

cm y y s—纵向钢筋截面面积，²； 图受弯构件的内力分布22fAy sf A(f f”)Acm y y s弧度数〔，用角度计算正弦函数时，取；其它符号意义同前。当纵向钢筋的抗拉和抗压强度设计值相等时，即’，式〔〕可写成 图截面受弯同时受剪力作用1 rr

fA 〔〕MM

(f A1 22f

rA)sin y s u cm 2

ys

f A2fAcm y s为了保证受拉钢筋应力能到达屈服极限，上述弯矩计算公式的适用范围是α≤和≥。《架空送电线路杆塔构造设计技术规定〔》中，环形受弯构件的正截面受弯承载力计算式为MM f

A(r

r)

sinsinAr t 〔〕u cm

1 2 2

y ss t其适用条件为相对含筋率式中α—受拉纵向钢筋截面面积与全部纵向钢筋截面面积的比值，当α>α。〔二〕受弯构件最大剪应力计算图所示的受弯构件，其任一计算截面，除了承受弯矩的作用之外，往往同时受剪力的作用。这时截面上各点分布有剪应力。受弯构件横截面上剪应力的分布是不均匀的，以中性轴处为最大，随着远离中性轴而削减，边缘处的剪应力为零。剪应力是双生互等的，故横截面上各点沿纵向“纤维层”也作用相等的剪应力。其中，中性层上分布着最大剪应力；随着远离中性层的其他平行层，分布的剪应力渐渐变小，边缘纤维层剪应力为零。对于环形截面一般钢筋混凝土构件，由于混凝土为弹塑性材料，抗拉强度远远低于抗压强度，故中性轴并据此导出环形截面混凝土构件在剪力作用下的斜截面受剪承载力，可按下式计算：≤0ft 〔〕式中: 剪力设计值；—构件的抗剪承载力设计值———混凝土的抗拉强度设计值，。当小于等于时，剪力产生的主拉应力全部由混凝土担当。当大于时，电杆已开裂，斜截面上的主拉应力由螺旋筋担当、纵向钢筋担当，螺旋筋面积和纵向钢筋的面积可按下式计算：2 cos(452 cos(45O)ssvssvf 〔〕对肯定的螺旋钢筋截面，螺旋筋间距按下式计算 〔〕式中—构件截面上布置螺旋钢筋处的半径；——螺旋筋抗拉强度设计值，²；θ—螺旋筋与电杆横截面的夹角；—螺旋钢筋的截面积，²。上列公式的适用条件为＜，当≥〔〕时，应增加环形截面积或提高混凝土的等级。四、受扭矩和弯矩共同作用的构件导线断线张力作用时，主杆就是一个弯扭共同作同的构件。〔一〕受扭构件的计算导线断线张力作用时，主杆就是一个弯扭共同作同的构件。〔一〕受扭构件的计算据材料力学圆柱形受扭构件横截面上半径为ρ处一点的剪应力为 〔〕式中—ρ— 计算点〔至受扭轴〕半径，；图受扭构件的应力分布τρ—计算点的剪应力，²；ρ—截面对形心的极惯性矩，对圆截面，对环形截面。由公式〔〕可知，均质弹性材料的圆柱形构件，在扭矩作用下，截面上各点剪应力的大小与半径ρ成正比。故据剪应力双生互等定律，在经过轴线的纵截面上，各点的剪应力亦和半径ρ成正比，纵横截面相交，棱上各点剪应力分布如下图。依据式〔〕最大剪应力将发生在圆柱外表处，这时ρ，代入〔〕式得：环形截面钢筋混凝土构件在扭矩作用下的斜截面受扭承载力，可按下式计算：≤() 〔〕式中: 扭矩设计值；—构件的抗扭承载力设计值—截面受扭塑性抵抗矩，(当小于等于时，扭矩产生的主拉应力全部由混凝土担当。当大于时，电杆已开裂，斜截面上的主拉应力由螺旋筋和纵向钢筋共同担当，螺旋筋面积和纵向钢筋的面积可按下式计算：2 2r2 2r2fcos(45O)ksvs svTS

S 〔〕〔〕ksA2r2fkss y

tg(45O)式中：〔θ，第八章杆塔构造设计根底第八章杆塔构造设计根底θ。上列公式的适用条件为＜，当≥时，应增加环形截面积或提高混凝土的等级。由于纵向钢筋往往不受断线〔受扭〕状况掌握，故按公式〔〕计算的纵向钢筋截面，往往并不对纵向钢筋截面选择起掌握作用。〔二〕弯扭共同作同构件的计算输电线路上的构件，一般为弯扭或压扭共同作用的构件。归于一般弯扭共同作用的构件，其主拉应力σ按下式计算：

s k s T 〔〕VTVkL 1.2tD WVTVk0 t

1.2tD0

0.5(r1

r)A2σ值，分别按以下原则处理：.当σ≤0.7 时，主拉应力由混凝土担当，螺旋筋按构造配置；.当σ＞0.25 时，应增加截面积，使σ≤0.25 ；.当0.7 ＜σ≤0.25 时，螺旋筋面积和纵向钢筋的面积可按下式计算：A svSVA svSVST〔〕2 2rfcos(45O) 2 2r2fcos(45)ks y s yA0.2VsfSMns ytg(45O)〔〕y式中符号的意义同前。五、偏心受压构件的计算偏心受压构件可以看成轴心压力和共同作用的构件，如图〔〕所示。依据偏心距及轴心压力的大小，构件的计算分为大偏心受压构件和小偏心受压构件两种状况。〔一〕大偏心受压状况受压钢筋和受压混凝土三者同时到达其设计强度，构件截面上的内力分布状况如下图。令受压区占环面积的比率为则受压混凝土的面积为α，总压内力为α；受压钢筋面积为α，总压内力为’’α；受拉钢筋面积为(α)，总拉内力为(α)；受拉区混凝土允许产生裂缝，故其总拉内力等于零。假设混凝土压应力均布于受压区，钢筋的压〔拉〕应力均布于布筋的受压〔受拉〕区圆周上，则可推得各合力作用点的力臂〔如下图，分别为y c得各合力作用点的力臂〔如下图，分别为y c2sin()(r3r3) rrsin()3 (r2r2)2 12 12 12 依据静力平衡条件，由Σ得Nf Af/A(1)fA0cm y s y s NfyAsf A(f/f)Acm y y s依据各力对截面中性轴力矩之和等于零，可解得：图大第八章杆塔构造设计根底第八章杆塔构造设计根底234/38偏心受压构件的内力分布1rr

180(NfA) 〔〕M [1 2f

)Ar]sin

y s Neu 2 cm

y y ss

f

f”)A 0cm式中—大偏心受压构件设计偏心抵抗力矩——其它符号意义同前。

y y s假设式〔〕中的钢筋受拉、受压强度相等，，令 ，则式〔〕可变换为

(n

)

(n ) 〔〕0 nsin p n r n s p n

nsin p n n p nπ的单位为弧度，用度为单位计算时，π°。公式〔〕和〔〕适用于大偏心受压状况，所谓大偏心受压系指计算截面上受拉区大于受压区的状况，s大量试验证明，此时应满足以下公式使用条件： NfyAs

0.5f A(f f/)Acm y y s亦即〔二〕小偏心受压状况当偏心距≤，且α>，或>时，构件承受较小偏心弯矩，截面有较大受压区，此即属于小偏心受压状况，这时构件的设计偏心抵抗力矩为 MJ

N(e0

r)r(Af2 s

fs

A) 〔〕sμ—与偏心距有关的系数，当<时，取；当>μ。—环截面的外半径其它符号意义同前。〔三〕构件的长细比对计算的影响当环形截面偏心受压构件受到偏心荷载作用时，构件在弯矩作用平面内产生挠曲，使偏心距增大，偏心距的增大又增加了附加弯矩，如此循环，最终使初始偏心距增大到陪，称为偏心距增大系数，对于环形截面钢筋混凝土构件，按下式计算 1 l 2 〔〕m1 (0)1400e/(rr)2r 12式中——

0 2 s 2—构件截面的外半径和布置钢筋处的半径ζ—偏心受压构件的曲率修正系数，ζζ>ζ；ζ—考虑构件长细比对截面曲率的影响系数，ζ-0.01 ，当<时，取ζ；———混凝土的轴心抗压强度，²；考虑增大系数后，大偏心环形截面一般钢筋混凝土构件的设计偏心力矩的计算公式〔〕变为1rr

180(NfA) 〔〕M [1 2f

f/)Ar]sin

y s Nmeu 2 cm

y y ss

f

f/)A 0式〔〕变为 me

00

(n sin p n

cm y y s〔〕r ns

n式〔〕变为 MN(me0

r)r(Af2 s

fs

A) 〔〕s式中符号意义同前。六、压弯构件的计算同时承受横向荷载和轴向压力作用的构件，称为压弯构件。此处所谓横向荷载系指分布荷载、集中荷载、弯矩及力偶等。压弯构件的计算除了考虑横向荷载引起的弯矩外，还应考虑构件挠度和轴向压力引起的附加弯矩。因此，对输电线路的电杆，由于其长细比很大，电杆挠度是不行无视的因素，一般均按压弯构件计算，才能得到符合实际的结果。只有外力不大，弯矩又相对较小时，才按偏心受压考虑。当构件为中等柔度〔λ～及以下〕时，按偏心受压计算，能够得到较正确的结果。当构件的柔度过大〔λ>〕时，应按压弯构件计算才能得到正确的结果。依据压弯构件的定义，严格地说无论带拉线与否，对于钢筋混凝土单杆或双杆，均属压弯构件。但工程计算时，考虑不带拉线的电杆，没有拉线的下压力，轴向压力较小，故可近似地按纯弯构件计算。带拉线电杆，拉线点以下的主杆，按两端绞接压弯构件计算。环形截面钢筋混凝土压弯电杆拉线点以下任一截面的承载力，应满足下式要求：〔〕≤ 〔〕式中: 作用于拉线点以上的外力引起的端弯矩〔包括拉线偏心产生的弯矩；—拉线点以下作用于杆段上的外力在计算截面的弯矩； 〔〕—杆身横向集中荷载引起的弯矩—杆身风压引起的弯矩—计算截面处杆身总增大挠度〔〕的代数和。计算截面处杆身总增大挠度的代数和，可按下式计算：〔 〕η 〔〕注：按压弯构件或偏心受压构件进展拉线点以下杆段的计算时，除按受弯构件计算弯矩作用平面的承载力外，尚应按轴心受压构件计算垂直于弯矩作用平面的承载力，此时不考虑弯矩的作用，但应考虑纵向弯曲的影响。图压弯构件图示式中: 由制造、安装引起的杆身初挠度，如：杆身风压产生的挠度，如图：

qx(L3

2L

x2x3)1 24B 0 0：杆身横向集中荷载产生的挠度，如：

pbx(L2

x2

b2)3 6LB 00η—偏心距增大系数，可按以下公式计算： 〔〕—临界压力，可按以下公式计算： 〔〕—电杆刚度，²，按荷载组合和电杆开裂状况计算和承受；——电杆拉线点〔或合力点〕至地面的距离——当时，

f[2L

5qL40

M Lx

〔〕01000 384B 16B 12B4 00〔〕当时，由杆身横向集中荷载引起的弯矩有最大值 〔〕受均布荷载和弯矩共同作用时的压弯构件最大弯矩也可能发生在处。因此，在计算电杆拉线点以下压弯构件截面的抗弯承载力计算公式与大偏心受压构件计算公式一样，即M 1[f

rrA1 2(f

f/)Ar]sin

(Nfsys

A) 〔〕u cm 2

y y ss

f A(f f/)Acm y y s〔为构件实长的两端铰接的压弯构件来计算，方法同上。七、构件的裂缝、刚度及临界压力计算〔一〕环形截面一般钢筋混凝土构件裂缝计算.裂缝的形成和开展构件在外弯矩作用下，往往发生裂缝。在构件还未消灭裂缝之前，钢筋和混凝土变形一样，沿着构件轴心方向各截面的钢筋与混凝土的应力分布是均匀的。由于混凝土抗裂强度的变异性，沿构件轴线的实际抗裂强度分布是不均匀的，因此，随着荷载的增大，在混凝土的最薄弱处将消灭第一道裂缝，也刻能同时消灭几条裂缝。当第一条裂缝消灭以后，裂缝截面上不再承受拉力，开裂前由混凝土担当的拉力转给钢筋担当，使开裂截面处钢筋的拉应力陡然增加。由于裂缝处拉应力为零，裂缝两边混凝土拉应力使得裂缝处的混凝土向裂缝两边收缩。混凝土的收缩使钢筋和混凝土之间产生相对滑动和粘结力，通过粘结力的作用钢筋的拉力将局部传递给混凝土，从而使钢筋的应力随着距裂缝截面距离的增大而渐渐减小，混凝土的应力从裂缝截面处为零随着距裂缝截面距离的增加而增加，当到达某一距离以后，该处钢筋和混凝土应变相同粘结应力消逝钢筋与混凝土的应力又变为均匀分布此即为粘结应力的作用长度也称为传递长度。当荷载稍有增加，在其它一些薄弱截面又消灭的裂缝。同样在裂缝两侧将产生粘结应力，钢筋与混凝土的应力也随距裂缝的距离而变化。在原有裂缝两侧范围内，或当间距小于的已有裂缝之间，将不行能消灭的裂缝。由于这时通过粘结力传递混凝土的拉应力σ将小于，不致使混凝土开裂。随着荷载增加，裂缝间续消灭。当荷载增大到肯定程度后，裂缝根本形成完毕，裂缝间距趋于稳定，从理论上讲，裂缝的最小间距为，最大间距为，平均间距为左右。由于混凝土的非均匀性，实际裂缝分布有很大的离散性，在计算中，一般采用平均间距。对于某一条裂缝，裂缝的发展一般分为三个阶段： 〕起〕可见裂缝阶段。此时消灭宽为的可被肉眼观察的裂缝，通常〕裂缝开展阶段。消灭宽的裂缝后，裂缝宽度连续进展的阶段。.正常使用极限状态裂缝宽度计算〔〕在荷载的短期效应组合下裂缝宽度计算。受弯构件的最大裂缝宽度计算式为

)

M s

cr 〔〕max

AEres sse偏心受拉和偏心受压构件的最大裂缝宽度计算式为

(200S)NsNcr(00.6) 〔〕式中δ

max

AE rs s s、—分别为按荷载的短期效应组合计算的验算截面上的轴向力和弯矩；、—分别为构件验算截面的开裂轴力和开裂弯矩值；<100mm时，取100m；—钢筋的弹性模量；ν—与纵向受力钢筋外表特征有关的系数：变形钢筋ν，光面钢筋ν，冷拔低碳钢丝ν；当为受拉构件时，式中的最右项取正号，受压时取负号。假设验算长期效应组合下的裂缝宽度时，应乘以的扩大系数，此时、应按长期效应组合计算。〔〕构件验算截面的开裂弯矩和轴力〔抗裂强度〕计算。受弯构件的开裂弯矩计算式为M fW〔〕crtk d偏心受压构件的开裂轴力计算式为〔〕偏心受拉构件的开裂轴力计算式为〔〕式中 混凝土抗拉强度标准值；—电杆换算截面面积，(α) ；α—钢筋与混凝土弹性模量之比，α；—电杆换算截面弹性抵抗矩〔〕，;γ—截面抵抗矩塑性系数，对于环形截面，γ。裂缝宽度应满足 δ≤[δ] 〔〕式中δ—荷载标准值作用下的最大裂缝宽度；[δ]—最大裂缝宽度允许值，一般钢筋混凝土电杆不应超过0.2mm。φ16mm300mm。电杆顶端配筋一般由构造要求来打算，选用φ，级混凝土，试进展裂缝校核计算。解：混凝土²，²，钢筋²。α××〔α〕×(²)〔〕×(×)(³);γ×开裂弯矩Mcr

fWtk

××〔〕裂缝宽度

max

(200S)MsMcr(200300)AEr

(12037.80)10644222.1105241

10.184δ≤[δ]0.2mm，满足要求。〔二〕构件的刚度

s ss偏心受压构件和压弯构件的强度计算，均涉及构件的刚度，由均质弹性材料制造的构件，其刚度为，即材料的弹性摸量和截面惯性矩的乘积。钢筋混凝土构件，不属于均质弹性材料，在消灭裂缝前，其刚度接近常数。在消灭裂缝后，刚度随着荷载的增加而降低。在荷载的短期效应下不出裂构件的短期刚度可按下式计算： 〔〕式中:—构件的短期刚度，²；—混凝土的弹性模量，²；—

I

1)Ar2

(D4

d4)

Es1)Ar2 〔〕—

0 2 E ss

64 2E ssc在荷载的短期效应下构件出裂后的短期刚度可按下式计算：s〕偏心受力构件： Bs

AEr2 〔〕rs ssr0.9(1 s)e E0〕受弯构件→，则式〔〕可简化为： 〔〕式中:ρ—构件的配筋率；ζ—受拉钢筋的应变不均匀系数，可按以下公式计算： 〔〕〔〕注: .式〔〕中，计算受拉构件时取正号，受压构件时取负号。.当偏心受压构件的相对偏心距≤或计算出的≥A²A²。在荷载的短期效应组合下并考虑长期效应组合影响的长期刚度可按下式计算：〔〕〔〕式中:—验算截面在短期、长期效应组合下的轴验算截面在短期、长期效应组合下的弯矩值〔三〕构件的临界压力构件发生破坏性变形的最小压力称为临界压力。环形截面一般钢筋混凝土构件，当沿纵轴各横截面上构件的临界压力可按下式计算：〔〕式中 构件的计算长度；—表 变截面构件临界压力系数系数对于变截面构件〔如环形截面拔梢杆，各截面的刚度仍可按本节七〔二〕表 变截面构件临界压力系数系数而应按下式计算： 〔〕式中拔梢杆顶和杆根部刚度—值，按表所列数值选取。八、环形截面钢筋混凝土电杆的构造要求.环形截面钢筋混凝土受弯杆件的最小配筋量〔级〕宜按表取用。表 环形截面钢筋混凝土电杆的最小配筋量表 环形截面钢筋混凝土电杆的最小配筋量外径配筋量φφφφφφφφφφφφφφφφ.环形截面钢筋混凝土受弯杆件的主配〔级，其直径宜不小于φ和不大于φ，净距宜不大于30mm15mm。.预应力钢筋和一般钢筋及同时承受预应力钢筋和一般钢筋混凝土环形截面杆件，必需设置等间距的3.5mm，间距按管径的大小承受100mmφ，1000mm，大管径内钢箍中加十字钢筋增加刚度。.预应力钢筋混凝土环形截面受弯杆件的主筋，其直径宜不大于φ，净距应不小于30mm，锥形杆小25mm15mm。.同时承受预应力钢筋和一般钢筋的环形截面受弯杆件，预应力钢筋和一般钢筋主筋间隔布置，预应力主筋直径宜不大于φ，其直径宜不大于φ，φ和不大于φ，净距不小于30mm15mm。.预应力钢筋和一般钢筋及同时承受预应力钢筋和一般钢筋的环形截面杆件的钢板圈高度宜不小于140mm8mm，穿〔挂〕预应力的穿〔挂〕孔直径宜较主筋大0.5mm。.预应力钢筋和一般钢筋及同时承受预应力钢筋和一般钢筋混凝土杆段中的预留孔宜设置穿钉管〔钢管。.为满足接地要求，预应力混凝土电杆中所埋设的穿钉管和接地螺母与每根预应力主筋连接，一般承受将穿钉管和接地螺母焊于内钢箍上，而主筋再与内钢箍绑扎。同时承受预应力钢筋和一般钢筋电杆所埋设的穿钉管和接地螺母，与一般钢筋主筋焊接。.预应力钢筋及同时承受预应力钢筋和一般钢筋的混凝土杆的上段顶端与下段末端，宜设置高度100mm的短钢板圈。.在有侵蚀介质的地区，使用混凝土杆时，宜按有关规定作侵蚀分析并实行相应的防侵蚀措施。在多雨、严寒地区要实行排水防冻措施。第五节环形截面预应力混凝土电杆的计算一、预应力混凝土的概念一般钢筋混凝土构件受拉时，混凝土产生裂缝前的单位极限伸长ε～，其中的钢筋的应力仅到达²。为了限制构件的裂缝，必需限制钢筋的应力，使高强度钢筋〔或钢丝〕不能应用于一般钢筋混凝土构件。为了抑制一般钢筋混凝土简洁开裂的缺点，并使高强度材料得到充分利用，承受预应力混凝土能获得满足的结果。预应力混凝土是在构件承受荷载前，用某种方法在混凝土的受拉区预先施加预压应力，使受拉区产生预压变形。当构件承受由荷载产生的拉应力时，必需先抵消混凝土的预压应力，然后才随着荷载的增加使混凝土受拉，进而消灭裂缝。这就可以使构造在使用荷载作用下不消灭裂缝或削减裂缝宽度。受拉区预应力是靠钢筋拉伸变形后的回缩给混凝土施加压力，被拉伸的钢筋称为预应力钢筋。预应力混凝土电杆一般是用先张法制造，首先在钢模内或台座上张拉钢筋，然后浇注混凝土并进展养护，当混凝土到达规定的强度〔设计强度的以上〕时，再卸去张拉力。二、张拉掌握应力确实定和预应力损失的计算表序号张拉掌握应力允许值钢种碳素钢丝、刻痕钢丝热处理钢筋、冷轧带肋钢筋冷拉钢筋张拉掌握应力0.700.90注：碳素钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋、冷轧带肋钢筋的张拉掌握应力值不应小于；冷拉钢筋的张拉掌握应力值不应小于。.表序号张拉掌握应力允许值钢种碳素钢丝、刻痕钢丝热处理钢筋、冷轧带肋钢筋冷拉钢筋张拉掌握应力0.700.90注：碳素钢丝、刻痕钢丝、热处理钢筋、冷轧带肋钢筋的张拉掌握应力值不应小于；冷拉钢筋的张拉掌握应力值不应小于。预应力钢筋〔丝〕的张拉掌握应力值σ不宜超过表的数值。. 预应力损失计算：张拉端锚具变形和钢筋内缩引起的预应σ〔²〕可按下式计算：σα 〔〕张拉端锚具变形和钢筋内缩值；—张拉端至锚固端之间的长度2〕混凝土加热养护时，张拉钢筋与钢模之间的温差引起的预应力损失σ〔²〕可按下式计算：σΔ 〔〕式中：Δ—Δ℃。〕σ按表选用。表表钢筋〔丝〕种类σ计算表σ碳素钢丝、刻痕钢丝 一般松弛：ξ(σ )σ，此处，一次张拉：ξ，超张拉：ξ低松弛：当σ≤时，(σ )σ当<σ≤时，(σ )σ冷拉钢筋、热处理钢筋一次张拉：σ；超张拉：σ冷轧带肋钢筋 一次张拉：σ〕由于混凝土收缩、徐变引起的预应力损失σ可按下式计算：〔〕式中：—施加预应力时混凝土立方体抗压强度(脱模强度,不低于立方体抗压强度的)，²；ρ—配筋率，ρ ；—纵向预应力钢筋截面面积，²；σ—考虑第一批预应力损失(σσσ)后，预应力钢筋作用在混凝土截面上的法向应力，²。 A

( con L1 L3

)〔〕L4〔〕p p AA(p E

1)〕预应力总损失：σσσσσ 〔〕当按计算求得的预应力总损失值σ小于时，取σ ²。考虑预应力总损失后，混凝土截面上的有效预应力σ可按下式计算：〔〕式中：σ—考虑预应力总损失后，混凝土截面上的有效预应力，²；—换算截面面积：(α)，²；三、承载力计算.轴心受拉构件的正截面受拉承载力，可按下式计算：≤ 〔〕式中:—纵向预应力钢筋的抗拉强度设计值，²。.轴心受压构件的正截面受压承载力，可按下式计算：] 〔〕式中:’—纵向预应力钢筋的抗压强度设计值，²；σ—预应力钢筋的有效预应力，σσσ，²；φ—环形截面预应力混凝土电杆稳定系数，按表承受。表表长细比环形截面预应力混凝土电杆稳定系数. 受弯构件的正截面受弯承载力，可按以下公式计算：〕只承受预应力钢筋的构件：sin sin sin 〔〕Mf A(rr) f/Ar (f )Ar tcm 1 2

2 fAp p

pp

po pp 〔〕f Af/Acm p

1.5(fp

)Apo p〔〕t〕同时承受预应力钢筋和一般钢筋的构件：sin

sinsin

sin sin 〔〕Mf

A(r

r) fAr

tf/A

r (f )Ar tcm 1

2 2

y ss

p pp

p

pp s fyAs

fA〔〕p p〔〕f A2.5fAf/A

1.5(f )Acm y s p 11.5t

p po pω宜符合：〕只配有预应力主筋时： ω ≤ )配有预应力和非预应力主筋时： ω〔 〕≤ 式中: 纵向预应力钢筋所在圆的半径其余符号同前。.预应力电杆偏心受拉构件的正截面受拉承载力，可按以下公式计算：≤ 式中符号同前。.环形截面钢筋混凝土压弯电杆拉线点以下任一截面的承载力，应满足下式要求：〔〕≤ 〔〕式中符号同前。.预应力混凝土电杆在扭矩作用下的斜截面受扭承载力，可按下式计算：≤〔σ) 〔〕式中：σ—混凝土截面上的有效预应力，²；—截面受扭塑性抵抗矩，().弯、扭共同作用下，预应力混凝土电杆的抗裂强度应满足下式要求：〔〕弯矩、扭矩设计值〔外荷载引起、—电杆的抗裂弯矩、扭矩〔构造抗力四、抗裂验算.严格要求不消灭裂缝〔裂缝掌握等级为一级〕的预应力混凝土电杆：在荷载的短期效应组合下，受拉边缘不得产生拉应力，即：σσ≤ 式中:σ—荷载的短期效应组合下抗裂验算边缘的混凝土法向应力，²。表预应力电杆混凝土拉应力限制系数碳素钢丝、刻痕钢丝、表预应力电杆混凝土拉应力限制系数碳素钢丝、刻痕钢丝、钢筋种类冷拉钢筋冷轧带肋钢筋裂缝掌握等级拉应力限制系数二级一级二级钢筋混凝土电杆的最大裂缝宽度δ可按以下公式计算：定：σσ≤αγ 在荷载的长期效应组合下，应符合以下规定： σσ≤ 式中:α—混凝土拉应力限制系数，按表承受；γ—受拉区混凝土的塑性影响系数，按表承受；