电力线路杆塔荷载计算.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力线路杆塔荷载计算,第二章杆塔荷载得分析计算,第一节 杆塔荷载分类,第二节杆塔标准荷载计算方法,一、自重荷载,二、,张力引起得荷载计算,三、风荷载得计算,四、杆塔安装荷载,第三节杆塔设计原则,习题,第一节 杆塔荷载分类,一、按荷载随时间得变异可分,、永久荷载:,包括杆塔自重荷载、导线、避雷线、绝缘子、,金具得重力及其它固定设备得重力,土压力与预应,力等荷载。,、可变荷载:,包括风荷载、导线、避雷线与绝缘子上得覆冰,荷载,导线避雷线张力、事故荷载、安装荷载、,验算荷载、人工与工具等附加荷载,、特殊荷载:,地震引起得地震荷载,以及在山区或特殊地,形地段,由于不均匀结冰所引起得不平衡张力等荷,载。,二、按荷载作用在杆塔上方向分,据计算需要,将它们分,解成作用在杆塔,上三个方向得力,垂直荷载,G,:垂直地面方向,横向水平荷载,P,:与横担方向平行得力,纵向水平荷载,T,:垂直横担方向得力,如图,1,。,图,1,杆塔荷载图,特别说明,:,荷载有,:,1,、荷载标准值,按照各种荷载标准规定计算而得得荷载叫标准荷载,如杆塔塔身自重为体积乘容重,风载为基本风压乘,挡风面积,、,2,、荷载设计值,荷载标准值乘分项系数,一般分项系数,:,永久荷载取,1、2,可变荷载取,1、4,第二节杆塔标准荷载计算方法,一、自重荷载,(,自重引起得荷载为垂直荷载,),1,、导线、避雷线得自重荷载,无冰时,覆冰时,式中,n,每相导线子导线得根数;,杆塔得垂直档距,m,;,1,导线、地线无冰垂直比载,N/m、mm,2,;,2,导线、地线覆冰垂直比载,N/m、mm,2,;,A,导线、地线截面面积,mm,2,。,2,、绝缘子串、金具得垂直荷载,无冰时为绝缘子串、金具自重 ,可查绝,缘子及各组合绝缘子串得金具重量表。,覆冰时,式中,K,覆冰系数,设计冰厚,5mm,时,K,1、075,设计冰厚,10mm,时,K,1、150,设计冰厚,15mm,时,K,1、225,3,、杆塔自重荷载,杆塔自重荷载可根据杆塔得每根构件逐一统计,计算而得,也可根据设计经验,参照其它同类杆塔,资料,做适当假定获得。,例,1,已知正常情况下某导线自重比载,1D,35、810,-3,N/m、mm,2,导线冰比载,2D,=17、510,-3,N/m、mm,2,导线覆冰厚度,b,5mm,导线垂直档距,L,V,368m,导线水平档距为,L,P,350m,导线采用,LGJ,150/35,截面面积为,A,D,181、62mm,2,绝缘子串与金具得总重量为,520N,(,7,片,x,4、5,),求导线作用在杆塔上得垂直荷载标准值与设计值。,解:垂直荷载标准值,G,D,:,垂直荷载设计值,G,D,:,永久荷载分项系数,G,=1、2,可变荷载分项系数,Q,=1、4,=(1、210、0358181、62368),+(1、410、0175181、62368)+(1、2520),+1、45200、075,=5188N,直线型杆塔:,(,1,)正常运行情况,导线、避雷线,张力不产生不平衡张力,但当气象条件发生变化时,或因档距、高差不等引起荷载改变,从而产生纵向不平衡张力。,(,2,)事故断线时,在纵向产生断线张力。,二、导线、避雷线张力引起得荷载计算,转角杆塔:,导线、避雷线会产生张力,分解成横向水平荷载(称角度荷载)与纵向水平荷载(称不平衡张力)。,大家学习辛苦了，还是要坚持,继续保持安静,1,、角度荷载:(横向水平荷载如图,2,),P,J,T,1,sin,1,T,2,sin,2,式中 ,、,杆塔前后导、地线张力;,、,导、地线与杆塔横担垂线间得夹,角(,)。,当,1,2,2,时,(,为线路转角)则,P,J,=(T,1,+T,2,)sin/2,当,0,时,P,J,0,为直线型杆塔,2,、不平衡张力:产生纵向荷载(如图,3,),T=T,1,COS,1,-T,2,COS,2,当,1,2,2,时 则:,T=,(,T,1,-T,2,),cos,2,当,T,1,=T,2,时,T=0,;当,=0,时,为直线型杆塔。,图,3a,图,3b,3、,断线张力荷载,产生纵向水平荷载,(,1,)直线杆塔:,按,规程,规定了直线杆塔得导线、地线得断线张力分,别取各自最大使用张力乘以一个百分比值。,T,D,T,Dmax,、,X%,式中,T,D,断线张力,N,T,Dmax,导、地线最大使用张力,T,Dmax,T,P,/K,C,N,;,T,P,导、地线得拉断力,N,(查导线手册);,K,C,导、地线得设计安全系数,导线取,K,2、5,地线取,K,2、7,;,X%,最大使用张力百分比值,按,规程,规定选用;参照表,2-1,2-3,。,(,2,)对各级电压得耐张杆塔、转角杆塔及终,端杆塔导线断线张力取最大使用张力得,70%,。,(,3,)地线得断线张力取最大使用张力得,80%,。,特别说明:,直线型杆塔与耐张型杆塔得区别在于,承受得荷载不同,主要就是杆塔纵向荷载:,1,、两者断线张力得最大使用张力得,X%,不一样;,2,、耐张型杆塔要承受杆塔纵向得不平衡张力。,例,2,已知某干字型转角杆塔得转角为,90,0,正常运行情,况杆塔前后导线张力为,T,1,2500N,T,2,2000N,并且,1,=,2,试求作用在杆塔下横担上纵向水平荷载与横向,水平荷载得荷载标准值,要求画出荷载示意图。,解:根据题意有,1,=,2,作用在下横担上得角度力(横向水平荷载标准值)为,:,P,J,(,T,1,T,2,),sin,/2,(,2500,2000,),sin90,0,/2,3181、5N,不平衡张力,(,纵向水平荷载标准值)为:,T,(,T,1,T,2,),cos90,0,/2,=(2500-2000)cos 90,0,/2,353、5N,注:以上计算均为一相导线。,问题:如果求荷载设计值,荷载分项系数就是多少？,例,3,已知某,220kV,线路耐张自立铁塔,地线采用:,17,6、6,1370,A,YB/T5004-2001,型,试求该地线,断线张力。,解:查表得破坏拉断力,TP,33、50kN,安全系数取,2、7,地线最大使用张力百分比值为,80%,。,地线最大使用张力:,地线断线张力:,TD,TDmax、X%,12、4180%,9、93kN,问题:该张力就是标准值还就是设计值？,三、风荷载得计算,(,风荷载引起得为横向水平荷载,),1,、导线、地线风荷载得计算,风向垂直于导线得风荷载计算,风向与导线不垂直时风荷载计算,(,1,)风向垂直于导线得风荷载计算,:,无冰时,P=,4,AL,P,cos/2 N,覆冰时,P=,5,AL,P,cos/2 N,式中,4,、,5,分别为无冰、,覆冰风压比载,N/m、mm,2,A,导、地线截面面积,mm,2,L,P,水平档距,m,;,线路转角。,注意:新标准规定重冰还要乘以风载增大系数,B,。,5mm,冰区取,1、1,10mm,冰区取,1、2,。,图4,(,2,),风向不垂直于导线得风荷载计算,:,P,x,=Psin,2,N,式中,P,x,垂直导、地线方向风荷载分量,N,;,P,垂直导、地线方向风荷载,按式,(,2-9,)、(,2-10,)计算;,实际风荷载得风向与导、地线得夹角。,图5,2,、绝缘子串风荷载得计算,P,j,=n,1,(n,2,+1)A,J,Z,W,0,B,kN,式中,n,1,一相导线所用得绝缘子串数;,n,2,每串绝缘子得片数,加“”表示金具受,风 面相当于片绝缘子;,Z,风压随高度变化系数;,A,每片得受风面积,单裙取,0、03m,2,双裙,取,0、04m,2,;,W,0,其本风压标准值,kN/m,2,。,W,0,=V,2,/1600,V,基准高度为,10m,得风速。,例,4,绝缘子串采用,7,片,x,4、5,串数,n,1,=1,每串得片数,n,2,=7,单裙一片绝缘子挡风面积,A,J,=0、03m,2,绝缘串高度约,15m,正常情况,得风,速为,25m/s,计算作用在绝缘子串上得风压。,解:绝缘串高度约,15m,查表,2,4,得风压高度变化系数,Z=1、0,P,JD,=n,1,(n,2,+1),Z,A,J,W,0,=1(7+1)1、00、03252/1、6=94N,例,5,、同例,1,已知某输电线路直线杆塔水平档距,为,350m,垂直档距为,368m,正常情况下最大风、无冰,导线得垂直比载,r,1D,=35、8010,-3,绝缘子串风载,P,JD,=94N,导线截面积,A,D,=181、62mm,2,导线风比载,r,4D(25),=35、19,10,-3,试求作用在杆塔导线上得水平荷载标准值。,问题:设计荷载就是多少？,解:,水平荷载标准:,P=r,4D,(25)A,D,L,p,+P,JD,=35、1910,-3,181、62350+94,2330、9N,3、,杆塔塔身风荷载得计算,风向作用在与风向垂直得结构物表面得风荷载用下,Pg=,Z,S,Z,A,f,W,0,B,式中 (,1,),Z,风压高度变化系数,(,查表,2-5),物理意义:修正地表面粗糙不平对风产生摩,擦阻力而引起风速沿高度得变化。距地面越近,地,面越粗糙,影响就越大。,(,2,),S,构件体形系数,采用下列数值环形截面钢,物理意义:修正在相同风力作用下,结构曝露在风中得形状不同(物面不标准)而引起得风压值及其分布得改变。,钢筋混凝土杆,0、7,圆断面杆件:,当,W,0,d,2,0、002,时,1、2,;当,W,0,d,2,0、015,时,0、7,(,上述中间值按插入法计算,),d,圆断面杆件直径,m,;,由圆断面杆件组成得塔架,(0、7,1、2)(1+),构件体形系数,S,得确定:,型钢,(,角钢、槽钢、工字型与方钢,)1、3,由型钢杆件组成得塔架,1、3(1+),塔架背风面荷载降低系数,按表,2-6,选用。,物理意义:修正背风面产生得负压,多边形截面,S,按表,2-7,选用。,(,3,),Z,杆塔风荷载调整系数,(,表,2-8,查取,),。,物理意义:风压将随着风速、风向得紊乱变化而不,停得改变,风压产生得波动分量,(,波动风压,),使结,构在平均侧移附近产生振动效应,致使结构受力增大。,(,4,),A,f,杆塔塔身构件承受风压得投影面积计算值,对电杆、钢管杆杆身:,A,f,=h(D,1,D,2,)/2,h,计算段得高度,m,D,1,、,D,2,电杆计算风压段得顶径与根径,m,锥度为,1/75,得锥形电杆,D,2,=D,1,+h/75,;,对铁塔铁身:,A,f,=,h(b,1,+b,2,)/2,b,1,、,b,2,铁塔塔身计算段内侧面桁架(或正面,桁 架)得上宽与下宽,铁塔构架得填充系数,一般窄基塔身,与塔头取,0、2,0、3,宽基塔塔身可取,0、15,0、2,考虑节点板挡风面积得影,响,应再乘以风压增大系数,窄基塔取,1、2,宽基塔取,1、1,。,例,6,已知拉线等径电杆高度,21m,埋深,2m,电杆外径,D=500mm,内径,d=400mm,电压等级,110kV,级气象区,试计算作用在杆身上得风荷载标准值。,解查表,由高度,20m,电压,110kV,地面粗糙度,B,类,风压高度变化系数取,Z,=1、10,杆塔风荷载调整系数,Z,=1、0,环形截面钢筋混凝土电杆,构件体形系数取,S,=0、7,P=,Z,S,Z,A,f,W,0,=1、100、71、00、5252/1、6,=236、7N/m,答:作用在杆身上得风荷载标准值为,236、7N/m,例,7,已知某,110kV,上字型窄基铁塔塔顶宽,D,1,0、4m,下横担处宽,D,5,0、839m,根开,D,9,1、75m,塔头高,h,1,=6m,塔身高,h,2,=13、5m,计算塔身风荷载,线路经过乡村,运行情况,时风速,30m/s,解:一、塔头风荷载,1,、风压随高度变化系数,Z,110kV,高度,19、5m,粗糙程度为,B,类,查表,2,5,得,Z,1、10,2,、风荷载调整系数,Z,查表,2,8,得,Z,1、0,3,、构件体形系数,s,由型钢杆件组成得塔架,s,1、3,(,1+,),填充系数,A,f,/A,塔头取,0、3*1、2=0、36,塔头b/h=(0、4+0、839)/2)/6=0、103,查表26得0、58,s,1、3,(,1+,),1、3*,(,1+0、58,),2、054,4,、投影面积,A,f,(塔身面积),=0、36*6*(0、4+0、839)/2)=1、34m,2,5、塔头风压q,q=,Z,S,z,W,0,A,f,/h=(1、1*2、054*1、0*,(30*30/1600)*1、34)/6=0、284kN/m,二、塔身风荷载,1,、风压随高度变化系数,Z,110kV,高度,13、5m,粗糙程度为,B,类,查表,2,5,得,Z,0、964,2,、风荷载调整系数,Z,查表,2,8,得,Z,1、0,3,、构件体形系数,s,由型钢杆件组成得塔架,s,1、3,(,1+,),填充系数,A,f,/A,塔头取,0、3*1、2=0、36,塔身b/h=(0、839+1、75)/2)/6=0、215,查表26得0、58,s,1、3,(,1+,),1、3*,(,1+0、58,),2、054,4,、投影面积,A,f,(塔身面积),=0、36*13、5*(0、839+1、75)/2)=6、291m,2,5、塔身风压q,q=,Z,S,z,W,0,A,f,/h=(0、964*2、054*1、0*,(30*30/1600)*6、291)/13、5=0、519kN/m,b/h=1、75/19、51/12为窄基塔,四、杆塔安装荷载,直 线 型 杆 塔;吊线作业与锚线,耐张转角杆塔,:,牵引作业与挂线作业,安装荷载组合:无冰有相应得风,1,、直线型杆塔安装荷载计算,(1),吊线荷载,将导线从地面提升到杆塔上或从杆塔上将导线,放下来所引起得荷载叫吊线荷载。,有两种方式:,a、,双倍吊线,b、,转向滑车吊线如图,5,所示。,图6,采用双倍吊线(如图,6a,)作用在滑轮上得力:,垂 直 荷 载:,G,2KG,N,横向水平荷载,:,N,式中,K,动力系数,考虑滑动阻力与牵引倾斜等,因素,取,K,1、1,;,G,被吊导线、绝缘子串及金具得重力,N,;,考虑相应部位横担上施工人员与工具所引起得附,加荷载,N,。按表,2,9,取值;,导线风荷载,N,。,采用转向滑车吊线(图,6b,)作用在滑轮上得力:,垂 直 荷 载,:,G,KG+,N,横向水平荷载,:,Px=KG+P N,(,2,)锚线荷载,在直线型杆塔上放线、紧线,当一边导线已按要求架好,由于直线型杆承受纵向水平荷载能力较小,相邻档导线用临时拉线锚在地上得过程叫锚线,如图,2,6,所示:,作用在横担上得力:,垂直荷载:,G,nG+,+KTsin,N,横向水平荷载:,P,nP,N,纵向不平衡张力:,T,KT,(,1-cos,),N,式中,G,、,P,分别为所锚导线或地线得垂直荷载与横向荷载,N,;,T,安装时导线或地线得张力;,临时锚线与地面得夹角;,n,垂直荷载或横向荷载得分,配系数,当相邻档距与高差,相等时,一般取,n,0、5,图,7,2,、耐张型杆塔安装荷载计算,在耐张、转角杆塔上架线施工作业有两种方法:紧线与挂线,图,8,耐张、转角杆塔紧线示意图,(a),相邻档尚未挂线;(,b,)相邻档已挂线,(,1,)紧线荷载,架设导线与地线过程中,要通过设在杆塔上得滑车将导线、地线拉紧到设计张力,此过程叫紧线(如图,8,)。紧线时作用在杆塔上得荷载分相邻档未挂线与相邻档已挂线两种情况。,相邻档尚未挂线时作用在横担上得力,:,垂直荷载,G=nG+T,1,sin,+KTsin,+G,F,N,横向水平荷载,P=nP N,纵向不平衡张力,T=0,相邻档已挂线作用在横担上得荷载:,垂直荷载,G=nG+KTsin,+G,F,N,横向水平荷载,P=nP,纵向不平衡张力,T=0,式中,n,导线垂直荷载或横向水平荷载分配系数;,G,、,P,该根(或相)导线或地线得垂直荷载,与横向水平荷载,N,;,K,动力系数,取,K,1、2,;,临时拉线与地面得夹角;,牵引钢丝绳与地面得夹角;,T,1,临时拉线得初张力,一般,T,1,5000,10000 N,;,T,导线或地线安装张力,N,;,(,2,)挂线荷载,当紧线达到导线弧垂得设计要求后,把导线与,绝缘子串连接起来挂到杆塔上得作业过程叫挂线。,这种操作也只考虑在耐张、转角杆塔上进行。如图,9,所示,导线挂到杆塔上后松开牵引钢绳,使杆,塔受到一个突加得张力荷载。在实际施工中,这种,施工操作一般只能逐根,(,相,),进行。由于荷载较大,杆塔设计中可考虑设置临时拉线平衡部分荷载。,图,8,耐张、转角杆塔挂线荷载示意图,(,a,)相邻档得导线未挂(,b,)相邻档得导线已挂,相邻档导线未架设时:,垂直荷载,G=nG+T,0,tg,+G,F,N,横向水平荷载,Px=nP+(KT-T,0,)sin,1,N,纵向水平张力,T=(KT-T,0,)cos,1,N,式中,T,导线安装张力,N,;,T,0,临时拉线平衡得导线张力,对,220k,与,500kV,线路一般取,T,0,=10000,20000N,;,1,转角杆塔导线方向与横担垂线方向间,得夹角,当横担方向垂直于线路夹角内角,平分线上时,1,/2(,为线路转角,),临时拉线与地面间得夹角,;,n,导线垂直荷载或横向水平荷载分配系数;,K,动力系数,取,1、2,。,相邻档导线已架设时:,垂直荷载,G=nG+G,F,N,横向水平荷载,Px=nP+KTsin,1,N,纵向水平张力,T=KTcos,1,N,例,8,试计算,110KV,线路无拉线直线电杆上得安装,荷载。电杆总高度,21m,埋深,3m,下横担长度,2、6m,。导线为,LGJ,150/35,型,地线为,17,7、8,1470,A,。水平档距为,245m,垂直档距为,368m,绝缘,子串与金具得总重量为,530N,(,7,片,x,4、5,),地线金具重,量为,90N,安装,荷载组合情况为有相应风,10m/s,、无冰。,导、地线得风压比载为,4D(10,),=6、6210,-3,4B(10,),=15、7410,-3,地线自重比载,1B,85、6510,-3,导线自重比载,1D,35、810,-3,导线截面积,A,D,181、62,地线截面积,A,B,37、15 mm,2,解,:,吊上导线时荷载,:,1,、挂好得导、地线得荷载,地线重量:,G,B,=,1B,A,B,L,V,+G,JB,=85、6510,-3,37、15368+90=1260 N,地线风压:,P,B,4B,(,10,),A,B,L,P,=15、7410,-3,37、15245=142N,导线重量:,G,D,=,1D,A,D,LV+G,JD,=35、810,-3,181、62368+520=2913N,绝缘子风载:,上导线绝缘子约在,18m,查表得,Z,1、06,P,JD,=,n,1,(,n,2,+1),Z,A,J,W,0,=1(7+1)1、060、0310,2,/1、6=16N,导线风压:,P,D,4D,(,10,),A,D,L,P,+P,JD,6、6210,-3,181、62245+16,=311N,2,、正在挂得导线荷载,(,1,)吊上导线时,导线越过下横担须向外拉,开(如图所示)其拉力,T,2,与水平线得夹角为,并假定上下横担间导线水平拉出,1、3m,。,问题就是:导线以角度拉出远离下横担,1、3m,时,作用在横担上得力就是多少(如图,9,)？,图9,T,1,T,2,20,0,3、5,1、3,G,T1,如图,x=0,得:,T,2,cos,T,1,sin,sin,1、3/3、74,得,T,1,2、7T,2,(,1,),T,1,cos,G,D,+T,2,sin,得(,2,),联立解(,1,)、(,2,)式得:,T,2,1333N,T,1,2、7T,2,2、71333,3599N,由,T,1,引起垂直荷载,G,T1,:,G,T1,3599,cos,3599,N,1、1,(,2913,3368,),1500,1000,9409N,总得横向水平荷载,P,KP,T1,+P,D,=1、1 1251+311=1687N,荷载如图,10,(,2,)吊下导线,吊下导线时横担处得总重量为,G,KG,D,+G,F,+1000,1、1 2913+1500+1000,5704N,荷载如图,由,T,1,引起得横向水平荷载,P,T1,:,吊上导线吊下导线,图10,第三节杆塔设计原则,杆塔设计除了要保证合理得结构外,还要保证结构得强度、刚度等,其计算内容有:,结构承载能力极限状态计算该计算就是用来核算结构或构件在各种不同荷载作用下会不会发生破坏。它包括强度、稳定与承载重复荷载时得疲劳计算。显然此项计算就是非常重要得。,结构正常使用极限状态计算该计算就是用来核算结构或构件就是否满足正常使用情况下得各项规定得限值。比如变形、裂缝等。,一、杆塔结构与构件设计表达式,1、,结构与构件承载能力极限状态表达式,0,SR,式中各符号得意义,2、,结构与构件正常使用极限状态表达式,C,G,G,K,+,C,Qi,Q,iK,式中 结构或构件得裂缝宽度或变形得规定限,值,其它符号与上式相同。,二、荷载组合得基本原则,1、,一般规定,2、,正常运行情况得荷载组合,(,1,)最大风、无冰、未断线,(,包括最小垂直荷载与最大水平荷载得组合,),。,(,2,)最大覆冰、相应风速及气温、未断线。,(,3,)最低气温、无风、无冰、未断线,(,适合于终端杆塔与转角杆塔,),。,直线型杆塔,(,1,)导线,单回路与双回路杆塔断导线:无风、无冰、断一相导线或一相分裂导线出现不平衡张力、地线未断。,多回路(三个回路以上)杆塔断导线:无风、无冰、断任意二相导线或任意二相分裂导线出现不平衡张力、地线未断。,(2),地线,各种回路杆塔地线出现不平衡张力。无风、无冰、导线未断、有一根地线出现不平衡张力。,3、,断线情况得荷载组,耐张型及转角杆塔,(,1,)导线,无风、无冰、同一档内断任意两相导线,(,终端杆塔应考虑作用有一相或两相断线张力得不利情况,),、地线未断。,(,2,)地线,无风、无冰、导线未断、断一根地线。,(,3,)直流线路杆塔,无风、无冰、同一档内断任意一极导线,(,终端杆塔应考虑作用有一极或两极断线张力得不利情况,),、地线未断。,注意:重冰区各类杆塔断线还应考虑导线与地线不均匀脱冰情况得各种不利荷载组合(见规程说明)。,4、,安装情况得荷载组合,各类杆塔得安装情况,应考虑10ms风速、,无冰。,三、杆塔荷载图,通过荷载组合并经线路力学,计算,可得到各种荷载组合情况,下得导线、地线风压、重量、张,力等荷载。并按杆塔强度计算得,要求,杆塔承受得荷载分解为:,垂直荷载G、横向水平荷载P与纵,向水平荷载T三种,作出各种不同,荷载组合情况下得荷载图,如图11,图,11,正常情况,荷载图,