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浅谈输电线路钢管杆的设计研究

张东光
摘 要 本文分析钢管杆的杆型规划、几何尺寸、杆身分段、钢管混凝土结构等因素对钢管杆设计的影响。
关键词 架空输电线路 钢管杆 挠度 锥度 钢管混凝土
一、引 言
随着城镇化建设步伐的加快，配套的电网建设紧跟其后，输电线路联网日趋完善、智能，同时为了不影响或少影响城市规划，城区、市郊和开发区输电线路杆塔而越来越多的采用钢管杆。与铁塔相比，钢管杆具有美化市容，施工安装方便，占地面积小的特点。钢管杆相对于角钢塔造价高，钢管杆设计在工程投资中起着非常重要的作用，因此，优化设计是节约投资的有效途径。钢管杆造价受荷载大小、制造工艺、施工方法、运输距离等因素的影响，在设计中应综合考虑上述因素。
二、钢管杆计算控制因素
输电线路钢管杆的主体结构为多边不等径的钢管构件，抗侧移刚度较格构式铁塔小很多，故在同一工况荷载作用下，杆端挠度较大。《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DL/T 5130-2001）规定了在荷载的长期效应组合作用下，钢管杆杆顶的最大挠度不应超过下列数值：直线杆不大于杆身高度的5‰，直线转角杆不大于杆身高度的7‰；转角和终端杆不大于杆身高度的20‰。钢管杆在设计中若根据强度控制选材，直线杆最大挠度将超过规范限值，转角杆和终端杆的挠度甚至可达到30‰以上，远远超过了《架空送电线路钢管杆设计技术规定》对挠度的要求。因此，与格构式铁塔不同，输电线路钢管杆在大多数情况下，构件的规格往往由挠度控制。
直线钢管杆的挠度是由导地线的水平荷载及垂直荷载、集中弯矩、杆身风荷载、挠度的二次效应产生的，耐张钢管杆的挠度主要是由导地线的线条张力及水平荷载作用产生的。
三、钢管杆的设计要点
1.杆型规划。杆型的规划决定着荷载的大小，而荷载作用是钢管杆设计中的决定因素，因此，杆型规划对工程造价的影响很大。在杆型规划时，首先应配合电气专业综合分析该工程的路径、沿线地形、地质、地物及跨越的障碍物等，确定杆型的经济呼高及档距。转角杆的角度划分是耐张杆规划中的重要环节，角度力往往控制转角杆的选材，一般以20°划分一档。如果该工程路径曲折系数大，转角数量多且角度使用广，可对角度划分进一步细化，可按10°一档划分。在钢管杆设计时，杆型的规划相当关键，需综合、全面的分析和考虑。
2.几何尺寸。钢管杆的锥度、梢径、截面形状、杆段划分是钢管杆设计的直接影响因素。（1）锥度和梢径。锥度由钢管杆所受荷载的大小决定，钢管杆所受荷载越大，弯矩包络图斜率就越大，从而需要越大的锥度以保证受力合理。同时由于挠度控制的要求，需要合理的锥度来满足挠度要求，而锥度过大又会导致根径过大，既浪费材料又影响美观。稍径的大小直接影响着整个杆身的尺寸，稍径的取值既要满足构造要求，又要满足挠度要求。通过反复计算比较及历年的设计经验，钢管杆的锥度可参考表1进行取值，梢径可参考表2取值。在设计中，取值由荷载的大小决定，单回路小截面导线靠近下限进行取值，双回路、多回路、大截面导线可靠近上限取值。
表1 钢管杆锥度取值
表2 钢管杆稍径取值
（2）截面形状。常用钢管杆有环形截面和多边形截面。钢管杆的挠度与截面惯性矩成反比，在同一荷载下，钢管截面越趋于环形，挠度越小。从力学角度分析，环形截面优于多边形截面。虽然环形截面在加工上也可实现，但较多边形截面难度大，且环焊缝较多，因此在实际工程中常采用多边形截面。110 kV单回路直线杆和0°～40°转角杆多采用八边形截面，双回、多回或40°～90°单回转角杆多采用十二边形截面。220 kV单回路直线杆和0°～40°转角杆多采用十二边形截面，双回、多回或40°～90°单回转角杆多采用十六边形截面。
（3）杆段划分。钢管杆壁厚由上至下逐渐增大，需分为若干段，因受运输、镀锌和模型压制的限制，杆段长一般不超过12 m。杆段太长不宜运输和加工，太短连接点太多，增加了杆重。在设计时，需要对杆段长度反复试算，使得每段杆件受力均匀，这样不但满足了安全要求，也优化出了最佳塔重。通常每段长度宜在10 m左右。
3.合理选材。钢管杆的钢材一般采用Q235、Q345两种，以上两种钢材的材料性能可满足大多数的工程条件。对于220 kV大截面导线、双回路的杆身选用Q345钢时，钢管杆则较重，在挠度可控、最低温度不低于-40 ℃时，部分杆段可采用Q420钢，可有效降低杆重。
4.控制杆身挠度的其他方法。由于钢管杆构件规格常由挠度控制，在计算时只能通过加大杆身尺寸来满足挠度要求。一般使用钢管杆就是因为廊道狭窄，场地有限。 在遇到多回路或高电压等级时，计算出来的钢管杆根径很大，以至于施工场地不够。在钢管杆的下段使用钢管混凝土，即在杆段下部组立完成后在钢管内满浇混凝土，这样大大提高了杆身的刚度，有效地减小了杆身的挠度，从而减小了杆身尺寸。一般城区商混很方便，这种方式施工操作性很强，是一种实用的设计方法。
三、结束语
（1）输电线路钢管杆的主体结构为不等径的钢管构件，抗侧刚度，杆端挠度相应较大，在钢管杆设计计算时，其选材一般由挠度控制。
（2）杆型规划对工程造价影响较大，需综合考虑线路路径、转角范围等诸多因素的影响。
（3）分析了锥度、梢径等对钢管杆设计的影响，给出了锥度、梢径的建议值。
（4）对于承受荷载较大的钢管杆，可部分使用钢管混凝土结构，以减小杆重及占地面积。
参考文献
[1]王燮山，顾煜炯.送电线路拔梢钢管杆挠度的解法及简捷法[J].现代电力，2002，19（3）：35 ～40.
[2]架空送电线路钢管杆设计技术规定（DL/T 5230-2001）.
[3]东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册.
摘 要 本文分析钢管杆的杆型规划、几何尺寸、杆身分段钢管混凝土结构等因素对钢管杆设计的影响。
关键词 架空输电线路 钢管杆 挠度 锥度 钢管混凝土
一、引 言
随着城镇化建设步伐的加快，配套的电网建设紧跟其后，输电线路联网日趋完善、智能，同时为了不影响或少影响城市规划，城区、市郊和开发区输电线路杆塔而越来越多的采用钢管杆。与铁塔相比，钢管杆具有美化市容，施工安装方便，占地面积小的特点。钢管杆相对于角钢塔造价高，钢管杆设计在工程投资中起着非常重要的作用，因此，优化设计是节约投资的有效途径。钢管杆造价受荷载大小、制造工艺、施工方法、运输距离等因素的影响，在设计中应综合考虑上述因素。
二、钢管杆计算控制因素
输电线路钢管杆的主体结构为多边不等径的钢管构件，抗侧移刚度较格构式铁塔小很多，故在同一工况荷载作用下，杆端挠度较大。《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DL/T 5130-2001）规定了在荷载的长期效应组合作用下，钢管杆杆顶的最大挠度不应超过下列数值：直线杆不大于杆身高度的5‰，直线转角杆不大于杆身高度的7‰；转角和终端杆不大于杆身高度的20‰。钢管杆在设计中若根据强度控制选材，直线杆最大挠度将超过规范限值，转角杆和终端杆的挠度甚至可达到30‰以上，远远超过了《架空送电线路钢管杆设计技术规定》对挠度的要求。因此，与格构式铁塔不同，输电线路钢管杆在大多数情况下，构件的规格往往由挠度控制。
直线钢管杆的挠度是由导地线的水平荷载及垂直荷载、集中弯矩、杆身风荷载、挠度的二次效应产生的，耐张钢管杆的挠度主要是由导地线的线条张力及水平荷载作用产生的。
三、钢管杆的设计要点
1.杆型规划。杆型的规划决定着荷载的大小，而荷载作用是钢管杆设计中的决定因素，因此，杆型规划对工程造价的影响很大。在杆型规划时，首先应配合电气专业综合分析该工程的路径、沿线地形、地质、地物及跨越的障碍物等，确定杆型的经济呼高及档距。转角杆的角度划分是耐张杆规划中的重要环节，角度力往往控制转角杆的选材，一般以20°划分一档。如果该工程路径曲折系数大，转角数量多且角度使用广，可对角度划分进一步细化，可按10°一档划分。在钢管杆设计时，杆型的规划相当关键，需综合、全面的分析和考虑。
2.几何尺寸。钢管杆的锥度、梢径、截面形状、杆段划分是钢管杆设计的直接影响因素。（1）锥度和梢径。锥度由钢管杆所受荷载的大小决定，钢管杆所受荷载越大，弯矩包络图斜率就越大，从而需要越大的锥度以保证受力合理。同时由于挠度控制的要求，需要合理的锥度来满足挠度要求，而锥度过大又会导致根径过大，既浪费材料又影响美观。稍径的大小直接影响着整个杆身的尺寸，稍径的取值既要满足构造要求，又要满足挠度要求。通过反复计算比较及历年的设计经验，钢管杆的锥度可参考表1进行取值，梢径可参考表2取值。在设计中，取值由荷载的大小决定，单回路小截面导线靠近下限进行取值，双回路、多回路、大截面导线可靠近上限取值。
表1 钢管杆锥度取值
表2 钢管杆稍径取值
（2）截面形状。常用钢管杆有环形截面和多边形截面。钢管杆的挠度与截面惯性矩成反比，在同一荷载下，钢管截面越趋于环形，挠度越小。从力学角度分析，环形截面优于多边形截面。虽然环形截面在加工上也可实现，但较多边形截面难度大，且环焊缝较多，因此在实际工程中常采用多边形截面。110 kV单回路直线杆和0°～40°转角杆多采用八边形截面，双回、多回或40°～90°单回转角杆多采用十二边形截面。220 kV单回路直线杆和0°～40°转角杆多采用十二边形截面，双回、多回或40°～90°单回转角杆多采用十六边形截面。
（3）杆段划分。钢管杆壁厚由上至下逐渐增大，需分为若干段，因受运输、镀锌和模型压制的限制，杆段长一般不超过12 m。杆段太长不宜运输和加工，太短连接点太多，增加了杆重。在设计时，需要对杆段长度反复试算，使得每段杆件受力均匀，这样不但满足了安全要求，也优化出了最佳塔重。通常每段长度宜在10 m左右。
3.合理选材。钢管杆的钢材一般采用Q235、Q345两种，以上两种钢材的材料性能可满足大多数的工程条件。对于220 kV大截面导线、双回路的杆身选用Q345钢时，钢管杆则较重，在挠度可控、最低温度不低于-40 ℃时，部分杆段可采用Q420钢，可有效降低杆重。
4.控制杆身挠度的其他方法。由于钢管杆构件规格常由挠度控制，在计算时只能通过加大杆身尺寸来满足挠度要求。一般使用钢管杆就是因为廊道狭窄，场地有限。 在遇到多回路或高电压等级时，计算出来的钢管杆根径很大，以至于施工场地不够。在钢管杆的下段使用钢管混凝土，即在杆段下部组立完成后在钢管内满浇混凝土，这样大大提高了杆身的刚度，有效地减小了杆身的挠度，从而减小了杆身尺寸。一般城区商混很方便，这种方式施工操作性很强，是一种实用的设计方法。
三、结束语
（1）输电线路钢管杆的主体结构为不等径的钢管构件，抗侧刚度，杆端挠度相应较大，在钢管杆设计计算时，其选材一般由挠度控制。
（2）杆型规划对工程造价影响较大，需综合考虑线路路径、转角范围等诸多因素的影响。
3）分析了锥度、梢径等对钢管杆设计的影响，给出了锥度、梢径的建议值。
（4）对于承受荷载较大的钢管杆，可部分使用钢管混凝土结构，以减小杆重及占地面积。
参考文献
[1]王燮山，顾煜炯.送电线路拔梢钢管杆挠度的解法及简捷法[J].现代电力，2002，19（3）：35 ～40.
[2]架空送电线路钢管杆设计技术规定（DL/T 5230-2001）.
[3]东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册.
摘 要 本文分析钢管杆的杆型规划、几何尺寸、杆身分段、钢管混凝土结构等因素对钢管杆设计的影响。
关键词 架空输电线路 钢管杆 挠度 锥度 钢管混凝土
一、引 言
随着城镇化建设步伐的加快，配套的电网建设紧跟其后，输电线路联网日趋完善、智能，同时为了不影响或少影响城市规划，城区、市郊和开发区输电线路杆塔而越来越多的采用钢管杆。与铁塔相比，钢管杆具有美化市容，施工安装方便，占地面积小的特点。钢管杆相对于角钢塔造价高，钢管杆设计在工程投资中起着非常重要的作用，因此，优化设计是节约投资的有效途径。钢管杆造价受荷载大小、制造工艺、施工方法、运输距离等因素的影响，在设计中应综合考虑上述因素。
二、钢管杆计算控制因素
输电线路钢管杆的主体结构为多边不等径的钢管构件，抗侧移刚度较格构式铁塔小很多，故在同一工况荷载作用下，杆端挠度较大。《架空送电线路钢管杆设计技术规定》（DL/T 5130-2001）规定了在荷载的长期效应组合作用下，钢管杆杆顶的最大挠度不应超过下列数值：直线杆不大于杆身高度的5‰，直线转角杆不大于杆身高度的7‰；转角和终端杆不大于杆身高度的20‰。钢管杆在设计中若根据强度控制选材，直线杆最大挠度将超过规范限值，转角杆和终端杆的挠度甚至可达到30‰以上，远远超过了《架空送电线路钢管杆设计技术规定》对挠度的要求。因此，与格构式铁塔不同，输电线路钢管杆在大多数情况下，构件的规格往往由挠度控制。
直线钢管杆的挠度是由导地线的水平荷载及垂直荷载、集中弯矩、杆身风荷载、挠度的二次效应产生的，耐张钢管杆的挠度主要是由导地线的线条张力及水平荷载作用产生的。
三、钢管杆的设计要点
1.杆型规划。杆型的规划决定着荷载的大小，而荷载作用是钢管杆设计中的决定因素，因此，杆型规划对工程造价的影响很大。在杆型规划时，首先应配合电气专业综合分析该工程的路径、沿线地形、地质、地物及跨越的障碍物等，确定杆型的经济呼高及档距。转角杆的角度划分是耐张杆规划中的重要环节，角度力往往控制转角杆的选材，一般以20°划分一档。如果该工程路径曲折系数大，转角数量多且角度使用广，可对角度划分进一步细化，可按10°一档划分。在钢管杆设计时，杆型的规划相当关键，需综合、全面的分析和考虑。
2.几何尺寸。钢管杆的锥度、梢径、截面形状、杆段划分是钢管杆设计的直接影响因素。（1）锥度和梢径锥度由钢管杆所受荷载的大小决定，钢管杆所受荷载越大，弯矩包络图斜率就越大，从而需要越大的锥度以保证受力合理。同时由于挠度控制的要求，需要合理的锥度来满足挠度要求，而锥度过大又会导致根径过大，既浪费材料又影响美观。稍径的大小直接影响着整个杆身的尺寸，稍径的取值既要满足构造要求，又要满足挠度要求。通过反复计算比较及历年的设计经验，钢管杆的锥度可参考表1进行取值，梢径可参考表2取值。在设计中，取值由荷载的大小决定，单回路小截面导线靠近下限进行取值，双回路、多回路、大截面导线可靠近上限取值。
表1 钢管杆锥度取值
表2 钢管杆稍径取值
（2）截面形状。常用钢管杆有环形截面和多边形截面。钢管杆的挠度与截面惯性矩成反比，在同一荷载下，钢管截面越趋于环形，挠度越小。从力学角度分析，环形截面优于多边形截面。虽然环形截面在加工上也可实现，但较多边形截面难度大，且环焊缝较多，因此在实际工程中常采用多边形截面。110 kV单回路直线杆和0°～40°转角杆多采用八边形截面，双回、多回或40°～90°单回转角杆多采用十二边形截面。220 kV单回路直线杆和0°～40°转角杆多采用十二边形截面，双回、多回或40°～90°单回转角杆多采用十六边形截面。
（3）杆段划分。钢管杆壁厚由上至下逐渐增大，需分为若干段，因受运输、镀锌和模型压制的限制，杆段长一般不超过12 m。杆段太长不宜运输和加工，太短连接点太多，增加了杆重。在设计时，需要对杆段长度反复试算，使得每段杆件受力均匀，这样不但满足了安全要求，也优化出了最佳塔重。通常每段长度宜在10 m左右。
3.合理选材。钢管杆的钢材一般采用Q235、Q345两种，以上两种钢材的材料性能可满足大多数的工程条件。对于220 kV大截面导线、双回路的杆身选用Q345钢时，钢管杆则较重，在挠度可控、最低温度不低于-40 ℃时，部分杆段可采用Q420钢，可有效降低杆重。
4.控制杆身挠度的其他方法。由于钢管杆构件规格常由挠度控制，在计算时只能通过加大杆身尺寸来满足挠度要求。一般使用钢管杆就是因为廊道狭窄，场地有限。 在遇到多回路或高电压等级时，计算出来的钢管杆根径很大，以至于施工场地不够。在钢管杆的下段使用钢管混凝土，即在杆段下部组立完成后在钢管内满浇混凝土，这样大大提高了杆身的刚度，有效地减小了杆身的挠度，从而减小了杆身尺寸。一般城区商混很方便，这种方式施工操作性很强，是一种实用的设计方法。
三、结束语
（1）输电线路钢管杆的主体结构为不等径的钢管构件，抗侧刚度，杆端挠度相应较大，在钢管杆设计计算时，其选材一般由挠度控制。
（2）杆型规划对工程造价影响较大，需综合考虑线路路径、转角范围等诸多因素的影响。
（3）分析了锥度、梢径等对钢管杆设计的影响，给出了锥度、梢径的建议值。
（4）对于承受荷载较大的钢管杆，可部分使用钢管混凝土结构，以减小杆重及占地面积。
参考文献
[1]王燮山，顾煜炯.送电线路拔梢钢管杆挠度的解法及简捷法[J].现代电力，2002，19（3）：35 ～40.
[2]架空送电线路钢管杆设计技术规定（DL/T 5230-2001）.
[3]东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册.

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