35kV单杆直线电杆设计(自立式).doc

前言
这次课程设计是普通钢筋混凝土电杆的设计。根据有关《规程》得到譬如气象、导线、地线的有关参数，再有列表法求得临界档距，用临界温度判定法判断出最大弧垂气象条件。依据《规程》规定以及此课题的实际因素确定了电杆的呼称高度、导线间的垂直距离、地线支架高度，从而得出了电杆的总高度。然后再确定七种情况下电杆的荷载，进行杆柱的强度验算及配筋计算，最后确定基础的相关问题。对我以后的学习与工作都有积极的作用。
关键词：临界档距；最大弧垂；呼称高度

目 录
前言 I
1 设计条件和相关参数 1
1.1 气象条件 1
1.2 导线和地线的相关参数 1
1.3 绝缘子的相关参数 2
1.4 电杆的相关参数 2
1.5 土的相关参数 2
2 各种气象条件下的比载计算 3
2.1 导线比载的计算 3
2.2 地线比载的计算 4
3 计算临界档距 5
3.1 判断控制气象条件 7
3.2 判断最大弧垂气象 9
4 电杆外形尺寸的确定 10
4.1 电杆的总高度 10
4.2 横担长度的计算 11
4.3 电杆外形尺寸校验 12
5 电荷载计算杆 14
6 电杆杆柱的强度验算及配筋计算 20
6.1 强度计算 20
6.2杆柱弯扭计算 21
6.3 裂缝验算 21
7 心得体会 23

参考文献 24

1、 设计条件和相关参数
1.1气象条件
表1.1-1：Ⅱ级典型气象区的气象条件
大气温度(℃)
风速(m/s)
覆冰（㎜）
最高温
最低温
覆冰
最大风
安装
雷 电过电压
操作过电压、年均气温
最大风
覆冰
安装
雷电过电压
操作过电压
覆冰厚度
+40
-10
-5
+10
0
+15
+15
30
10
10
10
15
5

1.2导线和地线的有关参数
表1.2-1：LGJ120/25导线参数

根数/直径 （mm)
计算截面
（mm2）
外径（mm)
直流电阻不大于（Ω/km)
计算拉断力（N）
单位长度质量（kg/km)

铝
钢
铝
钢
总计
15.74
0.2345
47880
526.6
7/4.72
7/2.10
122.48
24.25
146.73

表1.2-2：GJ-35地线参数
型号
计算截面（）
计算直径（mm）
极限强度()
拉断断力(N)
重量(kg/km)
GJ-35
37.16
7.8
1176~1372
50200
309.3

1.3绝缘子相关参数
表1.3-1绝缘子X-4.5参数
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
1
min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
X-4.5
146
254
285
16
80
45
40
110
120
100
36
45
60
5.0

1.4电杆的有关参数
主杆顶径为φ270mm，电杆的锥度为1/75，壁厚为50mm。绝缘子串和金具的总重力为324N（3片x-4.5），地线金具重力为90N。杆柱混凝土等级为C30，离心式制造。

1.5土的相关参数
土的状态为粘性土软塑，查《规程》得土的计算容重γs=15kN/m3，计算上拔角α=100，计算内摩擦角β=150，土压力系数m=26kN/m3。

2各种气象条件下的比载计算
2.1导线比载的计算（单位：MPa/m）
1）自重比载:
1（0，0）=10==34.17（）
2）冰重比载:
2（5，0）=27.728=27.72819.60()
3）垂直总比载:
3（5，0）=1（0，0）+2（5，0）=(34.17+19.60)=53.77()
4）无冰风压比载应计算最大风速和安装有风两种情况。
θ=900，因d=15.74mm<17mm，则μsc=1.2，35kV线路，βc=1.0，所以：
a) 最大风速V=30m/s时，计算强度时的αf=0.75，所以：
基本风压：W=0.625=0.625=562.5（Pa）
4（0，30）=dsin
=1.0=54.31()

b) 安装风速v=10时，有，则
基本风压：W=0.6250.62562.5(Pa)
4（0，10）=
=8.05()
5）覆冰风压比载
风速V=10m/s，μsc=1.2，计算强度和风偏αf=1.0，所以
W=0.6250.62562.5(Pa)
5（5，10）=
=1.013.16 ()
6）无冰综合比载
计算强度时
6（0，30）=64.16()
安装有风时有
6（0，10）==35.11()
7）覆冰综合比载
55.36()

2.2地线的比载计算
1）自重比载:
1（0，0）=10==81.63（）
2） 冰重比载:
GB 50545-2010规定，地线的覆冰厚度要比导线厚度增加5mm，即b=10mm
210，0）=27.728=27.728=132.82()
3）垂直总比载:
3（10，0）=1（0，0）+2（10，0）=(81.63+132.82 )=214.45()
4）无冰风压比载应计算最大风速和安装有风两种情况。
θ=900，因d=15.74mm<17mm，则μsc=1.2，35kV线路，βc=1.0，所以：
a) 最大风速V=30m/s时，计算强度时的αf=0.75，所以：
基本风压：W=0.625=0.625=562.5（Pa）
4（0，30）=dsin
=1.0=106.15()

b) 安装风速v=10时，有，则
基本风压：W=0.6250.62562.5(Pa)
4（0，10）=
=15.73()
5）覆冰风压比载
风速V=10m/s，μsc=1.2，计算强度和风偏αf=1.0，所以
W=0.6250.62562.5(Pa)
5（10，10）=
=1.056.11()
6）无冰综合比载
计算强度时
6（0，30）=135.26()
安装有风时有
6（0，10）==85.29()
7）覆冰综合比载
=217.43()

地线的比载计算同导线的比载计算，结算结果如下表
表2.2-1导线和地线荷载计算参数
名称
导线LGJ-120/25
地线GJ-35
截面面积(mm2)
Ad=146.73

外径(mm)
Dd=15.74

比载(MPa/m)

3计算临界档距
3.1判断控制气象条件
（1）可能成为控制条件的是最低气温、最大风速、覆冰有风和年均气温，整理该典型气象区四种可能控制条件的有关气象参数，如下表3-1。
表3-1:可能控制气象条件有关参数
参数
气象

最低气温

最大风速

覆冰有风

年均气温
气温(℃)
-10
+10
5
+15
风速(m/s)
0
30
10
0
冰厚(mm)
0
0
5
0
（2）整理该气象区的计算用气象条件，示于表2-2中
表2-2计算用气象条件
气象

项目
最高气温
最低气温
最大风速
最厚覆冰
内过电压
外过电压
外过有风
安装有风
事故气象
年均气温
气温
+40
-10
+10
-5
+15
+15
+15
0
-10
+15
风速
0
0
30
10
15
15
10
10
0
0
冰厚
0
0
0
5
0
0
0
0
0
0
（3）查规程得导线的有关参数如表。
表3.1-2：LGJ-120/25 导线的有关参数
截面积A
(mm2)
导线直径d
(mm)
弹性系数E
(MPa)
温度系数a(1/℃)
计算拉断力Tj
(N)
单位长度质量q
(kg/km)
强度极限σp
(MPa)
安全系数k
许用应力[σo]
(MPa)
年均应力上限[σcp]
(MPa)
146.73
15.74
76000
18.5×10-6
47880
526.6
310.00
2.5
124.00
77.5
最低气温、最大风速、覆冰有风的许用应力为124MPa，年均气温的许用应力为77.5MPa。
（3）计算有关比载和比值γ/[σo]，计算结果列于下表。
3.1-3：比值γ/[σo]计算结果及其排序表
气象条件
最大风速
最厚覆冰
最低气温
年均气温
γ(MPa/m)
54.31×10-3
55.36×10-3
34.17×10-3
34.17×10-3
[σo](MPa)
124.00
124.00
124.00
77.5
γ/[σo](1/m)
0.438×10-3
0.466×10-3
0.276×10-3
0.441×10-3
温度
+10
-5
-10
+15
排序
b
d
a
c

（4）计算有效临界档距，等高差，所以cosβ=1，

利用上式得有效临界档距判别表如下表所示。
3.1-4有效临界档距判别表
气象条件
a
b
c
临界档距(m)
=277.08
=虚数=134.49

=虚数
=虚数
=361.76

因为临界档距lab为361.76，lbc为负值，所以b,c条件不起控制作用。则临界档距 l=361.76m。
当时，控制气象条件为年均气温。
当时，控制气象条件为最厚覆冰。

3.2判断最大弧垂气象
最大弧垂出现的气象条件可能是最高气温或覆冰无风，下面采用临界温度判定法判断最大弧垂出现的气象。
在等高悬挂点下，设覆冰无风时气温为tb，比载为γ3，架空线水平应力为σb，则相应的弧垂fb为

临界温度tj时，比载γ1、水平应力σj，则相应的弧垂fj为

根据临界温度的定义，有

所以

以覆冰无风为第Ⅰ状态，临界温度为第Ⅱ状态，并注意到上式，列出状态方程式为

解上式的到临界温度的计算式为

将计算出的临界温度tj与最高气温tmax进行比较，若tj>tmax，则最大弧垂发生在覆冰无风气象条件，反之最大弧垂发生在最高气温气象条件。计算得tj=35℃，tmax40℃，tj居民区设计偏安全，设计导线到地面垂直距离为7.0m,档距为361.76m施工裕度为0.8m。
因此，电杆设计呼高H=17.892m,选取呼高为18m。
4.1.3地线支架高度
设计35kV线路采用α=250防雷保护角，取地线支架向右侧偏移0.1m,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=3.28m。
地线支架高度是指地线金具挂点到上横担导线绝缘子挂点之间的高度

所以，=2.84，选取避雷线支架高度为3.0m。
综上，电杆设计总高H=3.0+4.0+18+3=28.0m。

4.1.2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

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=2.513m，Dv=1.885m。设计导线间水平距离为6m，设计导线间垂直距离为4m。
4.2 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6m,上下导线垂直间距 为4m,上下导线水平偏移距离0.1m,上横担长度为1.8m。电杆草图如下
图4.1

4.3电杆外形尺寸校验
（1）上下导线垂直线间距的校验。由《规程》得最小垂直线间距为2.0m, 小于实际线间距4.0m，合格。
（2）上下导线水平偏移校验。由《规程》规定水平偏移距离为0.1m,小于实际上下导线水平偏移距离1.2m,合格。
（3）间隙圆校核。Ⅱ级气象区三种气象条件风速：正常运行情况v=30m/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

因n1=1，n2=3，μs=1.0，Aj=0.03m2，μz=1.1，则

②　 三种气象条件下导线风荷载为

③　 导线重力荷载

④ 三种气象条件下绝缘子串风偏角为

④　 《规程》给出的最小空气间隙为：RZ=0.25，RC=0.70，RL=1.00。
根据λ=0.438m和φ、R值，用一定比例制作间隙圆校验图，三种气象条件下间隙校验合格。如图4-1

图4-1

5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。
Ⅱ级气象区，从《规程》中查得：V=30m/s，t=+10℃，b=0。
1）地线重力为

2）地线风压为

3）导线重力为

4）绝缘子串风荷载：绝缘子串数n1=1，每串绝缘子片数n2=3，单裙一片绝缘子挡 风面积Aj=0.03m2，绝缘子串高度为18m,查表得风压高度变化系数μz1.21，则

5）导线风压为

运行情况Ⅰ荷载图如图5-1

图5-1
（2）运行情况2：因为气象条件是典型气象区Ⅱ区，覆冰，有相应的风速，未断线，即℃，，覆冰系数K=1.075
1）地线重力

=2545（N)
2）地线风压

3）导线重力为
4）绝缘子串风荷载：绝缘子串数n1=1，每串绝缘子片数n2=3，单裙一片绝缘子挡 风面积Aj=0.03m2，绝缘子串高度为18m,查表得风压高度变化系数μz=1.21，则

5）导线风压为

运行情况Ⅱ荷载图如图5-2。

图5-2
（3） 断导线情况I,II
断任意一相导线的荷载组合情况为覆冰，无风。
1）地线重力
=2545（N)
2）导线重力
=2919（N)
3）断线张力。LGJ-120/25型导线的计算拉断力Tp=47880N。查表2-7得导线最大使用张力百分数为50％
导线最大使用张力为

断线张力
％=19152×50％=9576（N)
（4）地线支持力
△=4500N，△=4000N
断导线情况Ⅰ（断上导线）荷载如图5-3，断导线情况Ⅱ（断下导线）荷载图如图5-4。

图5-3

图5-4
（5）断地线情况
荷载组合情况为覆冰，导线未断。
1）地线重力
=2545N
2） 导线重力
=2919N
3）地线断线张力。
地线的最小破坏拉力为=50200N，地线安全系数取5.0，查表2-7得导线最大使用张力百分数为100％。
地线最大使用张力为
===10040N
地线断线张力为
=％=12550×100％=10040N
断地线张力荷载如图5-5。

图5-5

6 电杆杆柱的强度验算及配筋计算
（1） 强度计算
1）嵌固点处弯矩设计值。
由于给定的荷载为标准值，因此荷载要乘以荷载分项系数，永久荷载分项系数=1.2可变荷载分项系数=1.4，电杆电压为35kV，结构重要系数为=1.0，正常运行荷载组合系数=0.75,。

高度化系数取=1.36，构件体系系数=0.6，杆塔荷载调整系数=1.0
当=25m时，=222

=1.15×1.0×[1.2（1026×280+1829×1800）+1.4×0.75×（948× 26000+1995×23000+1995×2×19000+0.222×25000×13000）
=268769979=268.8
2)嵌固点处的抵抗弯矩M。
16f16，HPB235钢筋，=210，=5228
混凝土强度等级为C30级，=14.3
嵌点外径
A = = = 89019
α===0.273<=0.667
=1-1.5=0.590
===0.862<0.9，符合要求。
sin=sin（0.273×180°）=0.756
sin=sin（0.590×180°）=0.960

=14.3×89019×（309+284）×+（210×5228×297）×
=90873152+180495721=271368873（）
=271.37（）>
故强度符合
(2） 杆柱弯扭验算
杆顶外径D=370mm,内径d=270mm,C30级混凝土，，
，其中=1.4，=0.75
V=1.4×0.75×19616=23232N
==0.88<0.7×1.43=1.00
全部拉应力可由混泥土承担，螺旋钢筋可仅按构造配置。
(3） 裂缝验算。
1） 嵌固点处弯矩标准值。

=1.15×1.0[（1026×280+1829×1800）+0.75(948×26000+1995×23000+2×1995×19000+0.222×25000×13000)]
=192566614（）=192.57（）
2） 开裂弯矩。
已知参数v=1，=309，=284，=297，= 210 =30，=2.01
===7
=A+(-1)=89019+(7-1)×5228=120387（）
=（+）×=17848994（）
=2-0.4=2-0.4×=1.565
==1.565×2.01×17848994=56146687（）
=56.15（）
3） 计算裂缝宽度。
==（200+100）××1
=0.13
=0.13mm<=0.2mm
故满足要求。

七.心得体会
经过一周的奋战我的课程设计终于完成了。在没有做课程设计以前觉得课程设计只是对《输电杆塔及基础设计》这门课程所学知识的单纯总结，但是通过这次做课程设计发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
在此要感谢我们的指导老师对我们悉心的指导，感谢老师们给我们的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计可能做的不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献
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【2】 陈希哲.土力学地基基础.北京：清华大学出版社，2004
【3】 钢结构设计规范.GBJ17_1988.北京：中国计划出版社，1990
【4】 陈祥和编著.输电杆塔设计，中国三峡出版社，2000.7
【5】 西南电力设计院.架空送电线路杆塔结构设计技术规定（DL/T 5154-2002）,1999

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